超極薄シリコン基板上窒化ガリウムのヘテロエピタキシー

超薄硅衬底上氮化镓的异质外延

• 批准号: 12750015
• 负责人: 石川 博康
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750015/
• 关键词: Si基板; 有機金属気相成長(MOCVD); GaN; AlGaN; GaN中間層; 応力; 反り; クラック; 発光ダイオード(LED); 発光ダイオード; MOCVD; AlN中間層; GaInN; メルトバックエッチング; ジュール熱

応力低減を目的としたSi基板の極薄化が困難であったため、中間層のAl組成の検討により応力低減を試みた。基板として抵抗率0.02Ωcmの2インチSi(111)を用いた。結晶成長は有機金属気相成長(MOCVD)装置により行った。1100℃でAlN(120nm)、1080℃でAlGaNを成長し中間層とした。中間層の検討としては、AlGaNの膜厚を固定(380μm)しAlモル分率を0.1〜0.3まで変化させる実験を行った。中間層には高濃度Siドーピング(10^<19>〜10^<20>cm^<-3>)を行った。最後に1080℃でGaN(200nm,Si濃度:〜10^<18>cm^<-3>)を成長した。エピ層に応力が発生すると、この応力を緩和させるように基板には反り(エピ面を上として凹)が生ずる。この反りを数値化するため、エピ基板の上面から半導体レーザーを用いた距離計により、中心部及び周辺部の距離差を測定した。結晶成長した試料については、AlGaNのAlNモル分率を0.1から0.53と大きくなるに従い、GaN(0004)面のX線ロッキングカーブ半値幅は1660arcsecから1770arcsecと広くなった。しかしながら、エピ基板の中心部及び周辺部の距離差は、AlNモル分率0.1のとき56.2μmであったものがAlNモル分率0.53では39.0μmとなり、AlNモル分率の増加と共に減少し、さらにクラックも減少することがわかった。これは、AlNモル分率の増加に伴いAlGaN層のモザイシティが大きくなり、応力が生じにくくなったもの推測している。AlNモル分率をさらに細かく調整することにより、エピ基板の中心部及び周辺部の距離差が7.0μmまで低減した。このような応力低減手法を用いて、GaInN多重量子井戸(MQW)青色発光ダイオード(LED)構造を成長し、さらにLEDを作製した。LED構造自体は前年度の構造と同一であるが、MQW構造の最適化を行っている。成長したウェハー表面には中間層に高濃度ドーピングを行ったにもかかわらず、クラックは一切観察されなかった。順方向の直列抵抗値および20mA時の駆動電圧はそれぞれ53Ωおよび4.4Vと低く、昨年度の値(それぞれ1kΩおよび約9V)と比べて大幅な低減を達成することができた。また、青色だけでなく緑色発光も達成できた。

For the purpose of force reduction, it is difficult to reduce the thickness of Si substrate, and the Al composition of interlayer is difficult to reduce the force. Substrate resistivity 0.02Ωcm 2 Ω Si(111) Crystal Growth and Organic Metal Vapor Growth (MOCVD) Device AlN(120nm) grown at 100 ℃ and AlGaN grown at 1080℃. The discussion of the intermediate layer was based on the fact that the film thickness of AlGaN was fixed (380μm) and the Al mole fraction was changed from 0.1 to 0.3. The middle layer is characterized by high Si concentration (10^<19>~ 10^<20>cm^<-3>). Finally, GaN(200nm,Si concentration: ~ 10^<18>cm^<-3>) was grown at 1080℃. The surface of the substrate is concave. The surface of the substrate is concave. The distance between the upper surface of the semiconductor substrate and the central part is measured by a distance meter. Crystal growth of the sample, AlGaN AlN crystal fraction of 0.1 to 0.53 to 0.04, GaN(0004) plane X-ray crystal range of 1660arcsec to 1770arcsec to 1660arcsec. The distance difference between the center part and the peripheral part of the substrate is 0.1 and 56.2μm. The AlN fraction is 0.53 and 39.0μm. The AlN fraction increases and decreases. This increase in AlN content is accompanied by a large increase in AlGaN content and a large increase in AlGaN content. The AlN fraction is adjusted to a minimum of 7.0μm between the center and the periphery of the substrate. This technique is used to reduce the power of GaInN multiple quantum well (MQW) cyan light emitting diode (LED) structure. LED structure itself is the same as the previous year's structure, and MQW structure is optimized. The growth of the surface layer is due to the high concentration of impurities in the middle layer. In the forward direction, when the resistance value is greater than 20mA, the dynamic voltage is reduced to 53Ω and 4.4 V, and the value of the previous year is reduced to 1kΩ and 9V. Green, green, green.

项目成果

T.EGAWA: "InGaN multiple-quantum-well green light-emitting diodes on Si grown by metalorganic chemical vapor deposition"Journal of Applied Physics. 91・1. 528-530 (2002)

T.EGAWA：“通过金属有机化学气相沉积在硅上生长的 InGaN 多量子阱绿色发光二极管”应用物理杂志 91・1（2002 年）。

B.J.ZHANG: "InGaN Multiple-Quantum-Well Light Emitting Diodes on Si(111)Substrates"physica status solidi(a). 188・1. 151-154 (2001)

B.J.ZHANG：“Si（111）衬底上的InGaN多量子阱发光二极管”物理状态固体（a）151-154（2001）。

Hiroyasu ISHIKAWA: "Suppression of GaInN/GaN Multi-Quantum-Well Decomposition during Growth of Light-Emitting-diode Structure"Japanese Journal of Applied Physics. 40・11A. L1170-L1171 (2001)

Hiroyasu ISHIKAWA：“发光二极管结构生长过程中 GaInN/GaN 多量子阱分解的抑制”日本应用物理学杂志 40・11A（2001 年）。

M.Adachi: "Fabrication of Light Emittingu Diodes with GaInN Multi-Quantum Wells on Si(111) Substrate by MOCVD"Proc.Int.Workshop on Nitride Semiconductors. IPAP CS1. 868-871 (2000)

M.Adachi：“通过 MOCVD 在 Si(111) 衬底上使用 GaInN 多量子阱制造发光二极管”Proc.Int. 氮化物半导体研讨会。