InGaN系半導体光材料のナノポテンシャル制御とデバイス応用

InGaN基半导体光学材料的纳米电位控制及器件应用

基本信息

批准号：
22K14613
负责人：
松田祥伸
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyoto 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-22K14613/
关键词：
窒化物半導体半極性面マイクロ構造発光ダイオード

项目摘要

本研究は，窒化物半導体InGaNをベースとした単色発光デバイスの高効率化を目的として，InGaN系発光デバイスを，オフ角をつけた特殊な非極性面基板に作製し，その結晶品質の向上を狙うものである．本年度は，始めに微傾斜{11-22}GaN基板の詳細設計を検討し，[1-100]方向に1度，３度，５度傾いた基板を実際に基板メーカーに作製いただき，その表面状態をノマルスキ顕微鏡および原子間力顕微鏡によって評価した．その結果，オフ角に関わらず原子レベルで平坦な表面が得られていることを確認した．また化学機械研磨後の段階では，表面モフォロジーにオフ角依存性は無く同様に平坦であった．次に，これらの基板の上にGaN薄膜をエピタキシャル成長し，オフ角の効果を検証することを試みた．しかしながら，成長後の表面状態が悪く，結晶成長に不十分であることが判明したため，基板メーカーと加工条件の最適化を進めることとした．一方で，オフ角をつける別のアプローチとして，サーマルリフロー法を用いてマイクロスケールの凸レンズ状構造を形成することを試みた．これにより，局所的にオフ角が変化するマイクロ構造を基板面内に作製できた．続いて，マイクロ構造上にGaNホモエピタキシャル膜およびInGaN発光層の結晶成長を行った．その結果，特徴的なInGaN発光層の発光波長分布が見られた．すなわち，オフ角をつける結晶方位([1-100]と[11-2-3]方向)に応じて発光波長が変化し，中心対称性なマイクロレンズ構造内で異方的な波長分布が確認された．

这项研究旨在提高基于硝酸盐半导体Ingan的单色光发射设备的效率，并通过在具有异位的特殊非极性表面底物上制造基于Ingan的光发光设备来提高基于INGAN的光发射设备的晶体质量。今年，我们首先考虑了{11-22} GAN底物的详细设计，而底物制造商实际上在[1-100]方向上产生了倾斜的1、3、5度的底物，并使用Nomarski显微镜和原子力显微镜评估了底物的表面状况。结果，无论偏角如何，在原子水平上都获得了平坦的表面。此外，在化学机械抛光后的阶段，没有偏角对表面形态的依赖性，并且同样平坦。接下来，我们试图在这些底物上表现出gan薄膜，并验证异位的效果。但是，由于生长后的表面状况较差，并且发现它不足以用于晶体生长，因此我们决定继续优化底物制造商和加工条件。另一方面，我们试图使用热反回法作为创建异性级别的另一种方法来形成微观凸镜结构。这允许形成微观结构，其中非角度在基板平面内局部变化。接下来，在微观结构上进行了GAN同上膜和Ingan光发射层的晶体生长。结果，观察到Ingan光发射层发射波长的特征分布。换句话说，发射波长根据晶体方向（方向[1-100]和[11-2-3]）而发生变化，并在其上施加异性波长，并在中央对称的微芯结构中确认了各向异性波长分布。