窒化物半導体の結晶極性起因の逆符号分極電荷制御による量子閉じ込め構造の構築

由于氮化物半导体的晶体极性，通过控制相反符号极化电荷来构建量子限制结构

• 批准号: 22K14612
• 负责人: 正直 花奈子
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14612/
• 关键词: 窒化物半導体; 極性; 気相成長

窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）はそのバンドギャップエネルギーが深紫外波長域に対応していることから深紫外発光素子応用に有用であり、励起子束縛エネルギーが室温以上であることから従来の用途に加えて量子光学応用に適した物性を有する。また窒化物半導体の最安定相であるウルツ鉱型構造はc軸方向に反転対象が欠如していることから極性を持ち、+c面(N極性(000-1))と-c面（III族極性(0001)）では逆方向の分極（自発分極・圧電分極）を有する。窒化物半導体の極性面成長において、分極効果は電子と正孔の波動関数の重なり積分を小さくして発光効率を低下させる量子閉じ込めシュタルク効果（QCSE）として知られている。本研究では、このQCSEとなる分極効果を逆手にとり、量子光源応用にも有利な物性を有する窒化物半導体において、量子ドットのような局在化したエネルギーポテンシャルの作製方法として、結晶極性起因の逆符号分極電荷の導入を提案している。具体的には、AlNの結晶極性起因の逆符号分極電荷により、分極効果によるAlGaN量子構造のエネルギーポテンシャルの局在化を行う。2022年度は、積層方向に極性反転したAlNテンプレートの作製条件を不純物濃度の観点から詳細に調べ、最適化することができた。さらに、この上にフォトリソグラフィ、ドライおよびウェットエッチングを行うことでAl極性（+c面）とN極性（-c面）が交互に存在するストライプ構造を作製することができた。特にKOHを用いたN極性（-c面）のウェットエッチングにおいてはハードマスクが必要であることを明らかにした。この上にMOVPE成長を行い表面の極性の確認を行った。

AlGaN is a new type of phosphor that can be used in the deep ultraviolet wavelength domain. It is useful for applications above room temperature. It is also useful for applications in quantum optics. The most stable phase of the compound semiconductor has a structure of reverse polarity in the c-axis direction, positive polarity in the c-plane (N polarity (000-1)) and negative polarity in the c-plane (III polarity (0001)). The polar plane growth of a compound semiconductor is characterized by a polarization effect, a ratio of electrons to positive holes, and a quantum close effect (QCSE). In this study, we propose a method for manufacturing a semiconductor with a quantum light source, a method for producing a quantum light source, and a method for introducing an inverse sign polarization charge due to the crystal polarity. Specifically, AlN crystal polarity causes reverse sign polarization charge, polarization effect, AlGaN quantum structure, polarization effect, polarization effect, polarization effect. In 2022, the working conditions of AlN coating in different directions were adjusted and optimized. The polarity of Al (+c plane) and N (-c plane) are mutually controlled by the structure. In particular, KOH is used in the middle of the N-polar (-c plane) and must be used in the light of the situation. On the MOVPE growth line, the polarity of the surface is confirmed.

项目成果

Fabrication of Face-to-Face Annealed Sputter-Deposited AlN for High EQE 265 nm LEDs

用于高 EQE 265 nm LED 的面对面退火溅射沉积 AlN 的制造

• 发表时间: 2022
• 作者: W. Ichimiya;S. Ichikawa;S. Kobayashi;J. Tatebayashi;and Y. Fujiwara;Kenjiro Uesugi,Shigeyuki Kuboya,Takao Nakamura,Kanako Shojiki,Shiyu Xiao,Masataka Kubo,Hideto Miyake
• 通讯作者: Kenjiro Uesugi,Shigeyuki Kuboya,Takao Nakamura,Kanako Shojiki,Shiyu Xiao,Masataka Kubo,Hideto Miyake

スパッタアニールAlNの極性制御

溅射退火 AlN 的极性控制

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Iwaya;S. Ichikawa;D. Timmerman;J. Tatebayashi;and Y. Fujiwara;正直花奈子,上杉謙次郎,肖世玉,三宅秀人
• 通讯作者: 正直花奈子,上杉謙次郎,肖世玉,三宅秀人

Design and Fabrication of Transverse Quasi-Phase-Matched HfO2/AlN Channel Waveguide for 230-nm Far-UV Second Harmonic Generation

用于 230 nm 远紫外二次谐波产生的横向准相位匹配 HfO2/AlN 通道波导的设计和制造

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Honda;K. Shujiki;H. Miyake;S. Ichikawa;Y. Fuijiwara;M. Uemukai;T. Tanikawa;R. Katayama
• 通讯作者: R. Katayama

High-Power UV-C LEDs on Face-toFace Annealed Sputter-Deposited AlN

面对面退火溅射沉积 AlN 上的高功率 UV-C LED

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Yamato;S. Ichikawa;A. Takeo;J. Tatebayashi;and Y. Fujiwara;Hiroto Honda,Kanako Shojiki,Hideto Miyake,Shuhei Ichikawa,Yasufumi Fuijiwara,Masahiro Uemukai,Tomoyuki Tanikawa,Ryuji Katayama;Kenjiro Uesugi,Shigeyuki Kuboya,Takao Nakamura,Kanako Shojiki,Shiyu Xiao,Masataka Kubo,Hideto Miyake
• 通讯作者: Kenjiro Uesugi,Shigeyuki Kuboya,Takao Nakamura,Kanako Shojiki,Shiyu Xiao,Masataka Kubo,Hideto Miyake

m面サファイア基板上スパッタアニールAlNの面方位制御

m面蓝宝石衬底上溅射退火AlN的面取向控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 竹尾敦志;市川修平;舘林潤;藤原康文;上杉 謙次郎,張 芸賢,正直 花奈子,肖 世玉,三宅 秀人
• 通讯作者: 上杉 謙次郎,張 芸賢,正直 花奈子,肖 世玉,三宅 秀人