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量子井戸サブバンド間遷移を用いた窒化物半導体モノポーラ光デバイスの基礎研究

利用量子阱子带间跃迁的氮化物半导体单极光学器件的基础研究

基本信息

批准号：
09750389
负责人：
菊池昭彦
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

窒化物半導体であるGaNとAlNの大きな伝導帯オフセットを近赤外光領域における量子準位間遷移光デバイスへ適用し、優れた耐環境性や波長安定性を有する光デバイスの開発を目指し、分子線エピタキシー(MBE)法による窒化物半導体結晶成長に関する研究を行った。1. MEE法によるGaNの高品質化Ga原子の表面拡散を促進するMigration Enhanced Epitaxy(MEE)法によりGaNを成長するとピット等の無い良好な表面モホロジーが得られることを見出した。MEE法で成長したGaN上に通常のMBE法でGaN:Siを成長した。室温ホトルミネッセンス半値全幅は31meV、室温移動度は372cm^2/Vs(キャリア濃度1.2x10^<17>cm^<-3>)であり、MBE法でAl_2O_3基板上に成長したGaNでは最高レベルの値が得られた。2. GaNの2.6μm/hr高速度成長基板面への活性窒素供給量を増加することにより、2.6μm/hrというMBE法では世界的にも例を見ない高速度でGaNの成長を行った。高速度で成長したGaN結晶の品質は、電気的・光学的特性から見ても低成長速度の場合に対し遜色無く、MBE法による厚膜光デバイスの作製が可能であることを示した。3. InGaN/GaN多重量子井戸、GaN/AlN超格子の試作Gaを連続照射中に活性窒素を断続的に供給するシャッター制御法を用いて15周期のInGaN/GaN多重量子井戸構造を作製したところ、基板温度750℃という高温でもInの取込みが確認され、ヘテロ界面での成長中断無しでデバイス構造の作製が可能であることが示された。X線回折測定では明瞭な高次回折ピークが観察され、良好な界面と周期性を有する多重量子井戸構造の形成が確認された。また、GaNはシャッター制御法、AlNはMEE法を用いてGaN/AlN超格子を成長し、RHEED観測により平坦な成長が行われていることを確認した。4. GaN結晶の表面モホロジーの改善MBE法により成長したGaN結晶は一般に反転ドメイン構造を多く含む窒素極性膜であり、窒素極性膜は表面の平坦性や化学的な安定性でGa極性膜に劣る。ここでは成長初期過程の制御でMBE法でもGa極性を持つ極めて平坦でピット等の無いGaNをAl_2O_3基板上に成長する可能性を見出した。今後はこのGa極性膜を用い、周期の異なるGaN/AlN超格子構造を作製し、ヘテロ界面の評価や量子準位間遷移の光物性の測定等を行う。

The research on the application of quantum level transition in the near infrared field of GaN and AlN compound semiconductors, the development of optical devices with excellent environmental resistance and wavelength stability, and the relationship between the crystal growth of compound semiconductors by molecular line epitaxy (MBE) method was carried out. 1. MEE-based method for the growth of high quality Ga atoms MEE method is used to grow GaN on Si. The temperature range of GaN growth on Al_2O_3 substrate is 31meV, and the temperature shift is 372 cm^2/Vs(concentration of GaN is 1.2 × 10 <17>cm^2<-3>). 2. GaN growth at 2.6μm/hr high speed increased the amount of active element supplied to the substrate surface, and the MBE method at 2.6μm/hr increased the growth of GaN at high speed. The quality, electrical and optical properties of GaN crystals grown at high growth rates are not as good as those of GaN grown at low growth rates. The fabrication of GaN crystals by MBE is possible. 3. InGaN/GaN multiple quantum wells, GaN/AlN superlattices were tested for active dopant supply interruption during Ga continuous irradiation. The InGaN/GaN multiple quantum well structure was fabricated with 15 cycles of Ga continuous irradiation. The substrate temperature was 750℃. The temperature was determined by high temperature. The growth of the interface was interrupted without interruption. X-ray reflection measurements show that high-order reflections are observed, and the formation of multiple quantum well structures with good interface periodicity is confirmed. GaN/AlN superlattice growth by MEE method, GaN/AlN superlattice growth by RHEED method 4. GaN crystal surface roughness improved by MBE method: GaN crystal has a general reverse structure, a polar film containing multiple dopants, and a polar film with surface flatness and chemical stability. The possibility of growth of GaN on Al_2O_3 substrate by MBE method is shown. In the future, the application of Ga polar film, the fabrication of GaN/AlN superlattice structure, the evaluation of quantum level transition and the measurement of optical properties will be carried out.