化合物半導体-シリコン無転位一体化層の高品質化と光デバイスへの応用

高品质化合物半导体-硅无位错集成层及其在光器件中的应用

• 批准号: 14205004
• 负责人: 米津 宏雄
• 金额: $ 20.72万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14205004/
• 关键词: III-V-N混晶; シリコン; 格子整合; ヘテロエピキタシー; 無転位; GaPN; 深い順位; 光電子集積回路

シリコン(Si)に格子整合するGaAsPNを中心にして、窒素(N)原子に起因する結晶欠陥と電気伝導を調べ、高速熱処理(RTA)による改善効果を検討した。発光効率は、RTA温度が700〜1000Cの範囲において、温度が高いほど増加した。また、バンド端以下の低エネルギー側の発光成分はRTAによって減少した。DLTS法で検出される深い順位の種類は、N組成の増加と共に増えたが、RTAによって減少することがわかった。ラマン分光では特定の振動モードがN原子の導入によって顕著に現れたが、RTAによる顕著な変化は見られなかった。これらの結果から、N原子に起因する欠陥は、N組成の増加と共に準安定な複合体を多く作るが、RTAによって解離して特定の安定な欠陥に集約する傾向があることがわかった。このことは、低エネルギー側の発光強度がRTAによって減少することとも符合する。また、N組成の空間的不均一もRTAによって減少することがわかった。電気伝導度は、N原子の導入によって減少し、電子濃度の減少と、移動度の減少が見られた。RTAによって、電子移動度が向上し、N原子に起因する欠陥が電子散乱に寄与していることがわかった。Si-化合物半導体を一体化する光電子集積回路では、バンドギャップを広範囲に制御できれば優れたデバイス特性が得られ、設計の自由度が増す。このため、Siに格子整合する条件で、GaAsPNとInGaPNについて、N組成の増加を図った。いずれの混晶においてもN組成を7%まで増加させるこができた。とくに、InGaPNにおいては、原子状水素照射下で低温成長することにより、X線回折のロッキングカーブの半値幅が100arcsec以下の小さな値が得られ、高品質化手法の一つが見いだされた。

シ リ コ ン に grid integration (Si) す る GaAsPN を center に し て, smothering element (N) atomic に cause す る crystallization owe 陥 と electric 気 伝 guide を べ, high-speed hot 処 principle (RTA) に よ る improve working fruit を beg し 検 た. The luminous efficacy 囲にお, RTA temperature が700-1000 ° c <s:1> range 囲にお て て て, and the temperature が higher <s:1> ほ ほ <e:1> <s:1> <s:1> increase <s:1> た た. Below the また and バ ド ド ド ends, the <s:1> low エネ and ギ ギ <s:1> side <s:1> light-emitting component <s:1> RTAによって is reduced by <s:1> た. DLTS method で 検 out さ れ る deep い sequence type の は, N composition の raised plus と に raised total え た が, RTA に よ っ て reduce す る こ と が わ か っ た. ラ マ ン spectral で は specific の vibration モ ー ド が N atom の import に よ っ て 顕 the に now れ た が, RTA に よ る 顕 the な variations change は see ら れ な か っ た. こ れ ら の results か ら, N atoms に cause す る owe 陥 は, N composition の raised plus と に quasi stable な complex く を doing る が, RTA に よ っ て dissociation し て specific の settle な owe 陥 に intensive す る tendency が あ る こ と が わ か っ た. The がRTAによって of the <s:1> <s:1> と する on the low エネ エネ ギ ギ ギ ギ side of the <s:1> light emission intensity is reduced and the する とと とと <e:1> によって is satisfied with する. The non-homogeneity of また and N in the <s:1> space によって RTAによって reduces する する とがわ った った った. The electrical conductivity 伝, the reduction of N atom <s:1> introduction によって, the reduction of electron concentration <e:1> と, and the reduction of mobility <e:1> が can be found in られた. RTA に よ っ て が し upward, N atoms, electronic mobile degrees に cause す る owe 陥 が electrons scattered に send し て い る こ と が わ か っ た. Si - compound semiconductor を integration す る photoelectron set integrated circuit で は, バ ン ド ギ ャ ッ プ を hiroo van 囲 に suppression で き れ ば optimal れ た デ バ イ ス features が must ら れ, design の dof が raised す. こ の た め, Si に grid integration す で る conditions, GaAsPN と InGaPN に つ い て, N composition の raised を 図 っ た. The ずれ ずれ mixed crystal にお て て を N composition を7%まで increase させる させる がで た た た た と く に, InGaPN に お い て は, atomistic で す growth at low temperature under water element る こ と に よ り, X-ray inflexion の ロ ッ キ ン グ カ ー ブ の half numerical が picture below 100 arcsec の small さ な numerical が must ら れ and techniques of high quality, a つ の が see い だ さ れ た.

项目成果

K.Momose, H.Ycmezu, Y.Fujimoto, K.Ojima, et al.: "Hardening Effect of GaPl-xNx and GaAsl-xNx Alloys by Adding Nitrogen Atoms"Japanese Journal of Applied Physics. 41・12. 7301-7306 (2001)

K.Momose、H.Ycmezu、Y.Fujimoto、K.Ojima 等人：“添加氮原子对 GaPl-xNx 和 GaAsl-xNx 合金的硬化效应”，日本应用物理学杂志 41・12。 (2001)

H.Yonezu: "Epitaxial Growth of Dislocation-Free III-V-N compounds on Si Substrate"The 8^<th> IUMRS Int. Conf. on Electronic Materials, Abstract. 191 (2002)

H.Yonezu：“Si 基板上无位错 III-V-N 化合物的外延生长”第 8 届 IUMRS Int。

Y.Furukawa, H.Yonezu, K.Ojima, K.Samonji, et al.: "Control of N content of GaPn Grown by Molecular Bean Epitaxy and Growth of GaPN Lattice-Matched to Si(100) Substrate"Japanese Journal of Applied Physics. 41・2A. 528-532 (2002)

Y.Furukawa、H.Yonezu、K.Ojima、K.Samonji 等人：“通过分子豆外延生长的 GaPn 的 N 含量的控制以及与 Si(100) 基板匹配的 GaPN 晶格的生长”日本应用杂志物理学 41・2A. 528-532 (2002)

K.Momose, H.Yonezu, Y.Furukawa, A.Utsumi, Y.Yoshizumi, S.Shinohara: "Improvement of Crystalline Quality of GaAsyPl-x-yNx Layers with High Nitrogen Compositions at Low-Temperature Growth by Atomic Hydrogen Irradiation"J. Crystal Growth. 251/1-4. 443-448 (2

K.Momose、H.Yonezu、Y.Furukawa、A.Utsumi、Y.Yoshizumi、S.Shinohara：“通过原子氢辐照低温生长提高高氮成分 GaAsyPl-x-yNx 层的结晶质量”

H.Yonezu: "Control Structure Defects in Group III-V-N Alloys Grown on Si"Semiconductor Science and Technology. 17. 762-768 (2002)

H.Yonezu：“Si上生长的III-V-N族合金中的控制结构缺陷”半导体科学与技术。