シリコン基板上への窒化ガリウム系四元混晶半導体の結晶成長及びその素子の応用

硅衬底上氮化镓基四元混晶半导体晶体生长及其器件应用

• 批准号: 02F00329
• 负责人: 江川 孝志
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00329/
• 关键词: AlInGaN; MOCVD; フォトルミネッセンス; 四結晶X線回折; 発光デバイス

高品質の四元混晶AlInGaNを成長する時、一番難しいことは、ふさわしい成長条件の最適化である。その理由は、三元混晶AlGaN及びInGaNの成長温度が異なるからである。本研究では、成長温度の四元混晶AlInGaN特性の影響について詳しく調べた。四元混晶AlInGaNのエピ層は、有機金属気相成長(MOCVD)装置を用いて厚さ1.3μmGaN層を持つサファイア基板上に大気圧の条件で成長した。成長温度の影響を調べるために、異なる成長温度780,820,860,900及び940℃において,計五つ試料を作成した。四元混晶AlInGaNの特性はAl及びInの含有量の強く依存しているので、その五つの試料は結晶組成が同じ(Al:〜9%,In:〜2%)ように作られている。原子間力顕微鏡(AFM)測定の結果により表面モフォロジは成長温度に強く依存している。成長モードは、成長温度の上昇にしたがって、三次元成長から二次元成長の方へ変化することが分かった。高温成長した試料表面には鮮明なフローステップ表面モフォロジ及び微弱な荒さを示しているので、高質なAlInGaN結晶が得られたことを示唆している。AlInGaN材料に関する成長モードの温度上昇による変化についての報告は、世界で初めてのことだと思う。また、AlInGaN材料のフローステップ表面モフォロジについてもほかの研究グループの公開された文献に報告されていなかった。材料性能の成長温度依存性は、PL及びXRDの評価によって証明されている。高温成長した試料はPLのFWHM値が小さく(〜50meV)、X線ローキング曲線が〜250arcsecであり、高品質な結晶を示している。したがって、AlInGaN,特にAl含有量の高い四元混晶AlInGaNの成長は高い成長温度が必要である。最適な成長温度はInの混入量により、配慮する必要がある。また、AlInGaN/AlInGaN 10周期のMQWs構造は900℃の温度で成長した。XRDおよびPLの測定により、高品質な結晶及びMQWs領域にスムーズな界面を有することが明らかになった。

High-quality quaternary mixed crystal AlInGaNを growth する, difficult to optimize <s:1> と と <e:1>, ふさわ ふさわ growth conditions <s:1> optimizations である. Youdaoplaceholder0 reason, ternary mixed crystal AlGaN and びInGaN <s:1> growth temperature が different なる らである らである. In this study, で で and the influence of the growth temperature <s:1> on the properties of the quaternary mixed crystal AlInGaN く are detailed. Quaternary mixed crystal AlInGaN の エ は ピ layer growth (MOCVD), organic metal 気 phase using the い を て thick layer さ 1.3 mu mGaN を hold つ サ フ ァ イ ア substrate に big 気 圧 の conditions で growth し た. Growth temperature の を adjustable べ る た め に, different な る growth temperature of 780820860900 and 940 ℃ び に お い て, meter five つ sample を made し た. Quaternary mixed crystal AlInGaN の features は Al and び の contain quantity In strong の く dependent し て い る の で, そ の five つ の sample は crystallization of が same じ (Al: ~ 9%, In: ~ 2%) よ う に as ら れ て い る. The <s:1> results of interatomic force 顕 micromicroscopy (AFM) determination によ the surface モフォロジ <s:1> growth temperature に is strongly く dependent on <s:1> て る る る る. Growth モ ー ド は, growth, rising temperature の に し た が っ て, three dimensional growth か ら secondary yuan growth へ の party - the す る こ と が points か っ た. High temperature growth し た sample surface に は distinct な フ ロ ー ス テ ッ プ surface モ フ ォ ロ ジ and faint な び drought さ を shown し て い る の で, high quality な AlInGaN crystallization が must ら れ た こ と を in stopping し て い る. AlInGaN material に masato す る growth モ ー ド の temperature rise に よ る variations change に つ い て は の report, the early で め て の こ と だ と う. ま た, AlInGaN materials の フ ロ ー ス テ ッ プ surface モ フ ォ ロ ジ に つ い て も ほ か の research グ ル ー プ の public さ れ た literature に report さ れ て い な か っ た. The material properties <s:1> growth temperature dependence, PL and びXRD <s:1> evaluation 価によって prove that されて る る る. High temperature growth し た sample は PL の FWHM numerical が small さ く (~ 50 mev), X-ray ロ ー キ ン グ curve が ~ 250 arcsec で あ り crystallization, high quality な を shown し て い る. し た が っ て, AlInGaN, に high Al contains quantity の い quaternary mixed crystal AlInGaN の growth high は い growth temperature が necessary で あ る. The optimal な growth temperature <e:1> In <s:1> mixing amount によ and filter する necessary がある. Youdaoplaceholder0, AlInGaN/AlInGaN 10 period <s:1> MQWs structure また 900 ° C <s:1> temperature で growth た た. Determination of XRD お よ び PL の に よ り, high-quality な crystallization and び MQWs field に ス ム ー ズ な interface を す る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Yang Liu, Takashi Egawa, H.Ishikawa, H.Jiang, B.Zhang, M.Hao, T.Jimbo: "High-temperature-grown quaternary AlInGaN epilayers and multiple quantum wells for ultraviolet emission"Journal of Crystal Growth. Accepted. (2004)

刘阳、江川隆、H.Ishikawa、H.Jiang、B.Zhang、M.Hao、T.Jimbo：“高温生长的四元AlInGaN外延层和用于紫外发射的多量子阱”晶体生长杂志。

Yang Liu, Takashi Egawa, Hiroyasu Ishikawa, Takashi Jimbo: "Growth and characterization of high-quality quaternary AlInGaN epilayers on sapphire"Journal of Crystal Growth. 259. 245-251 (2003)

Yang Liu、Takashi Egawa、Hiroyasu Ishikawa、Takashi Jimbo：“蓝宝石上高质量四元 AlInGaN 外延层的生长和表征”晶体生长杂志。

Yang Liu, Takashi Egawa, Hiroyasu Ishikawa, Takashi Jimbo: "High-quality quaternary AlInGaN epilayers on sapphire"Physica Status Solidi(a). 200 No.1. 36-39 (2003)

Yang Liu、Takashi Egawa、Hiroyasu Ishikawa、Takashi Jimbo：“蓝宝石上的高质量四元 AlInGaN 外延层”Physica Status Solidi(a)。

B.Zhang, Takashi Egawa, Yang Liu, H.Ishikawa, T.Jimbo: "InGaN multiple-quantum-well light-emitting diodes on an AlN/sapphire template by metalorganic chemical vapor deposition"physica status solidi(c). 0,No.7. 2244-2247 (2003)

B.Zhang、Takashi Egawa、Yang Liu、H.Ishikawa、T.Jimbo：“通过金属有机化学气相沉积在 AlN/蓝宝石模板上制备 InGaN 多量子阱发光二极管”物理状态固体 (c)。

Yang Liu, Takashi Egawa, Hiroyasu Ishikawa, Baijun Zhang, Maosheng Hao: "Influence of growth temperature on quaternary AlInGaN epilayers for ultraviolet emission grown by metalorganic chemical vapor deposition"Japanese Journal of Applied Physics. Accepted

刘阳、江川隆、石川博康、张柏君、郝茂胜：“生长温度对金属有机化学气相沉积紫外发射四元AlInGaN外延层的影响”日本应用物理学杂志。