シリコン基板上への窒化物半導体選択MOVPE成長と物性制御に関する研究

硅衬底上氮化物半导体选择性MOVPE生长及物理性能控制研究

• 批准号: 06J06539
• 负责人: 彦坂 年輝
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J06539/
• 关键词: 選択成長; MOVPE; GaN; シリコン基板; LED

加工を施した(001)面のシリコン基板上へ選択成長を行うことで、半極性面である(1-101)面QGaN結晶の作製が可能である♂GaN(1-101)面は最表面が窒素原子であり、従来用いられている(0001)面がガリウム原子に覆われていることと対照的である。この最表面原子の違いは、不純物の取り込みや活性化率に違いを与えると予想される。実際、炭素を添加した場合には(1-101)面ではp型不純物として働くことがわかった。また、マグネシウムにおいても(1-101)面では取り込み効率が高く、高濃度に添加した際もキャリアの自己補償効果が小さく、高品質のp型結晶の作製が可能であることがわかった。本年度はこれらの不純物ドーピング特性の知見を利用し、デバイス応用として青色発光ダイオード(LED)の試作を行った。まず、シリコン基板上にシリコンドーピングによりn型の結晶をデバイスサイズに選択成長させた。その後、発光層としてInGaN/GaN量子井戸構造を作製し、最後にp型層を炭素およびマグネシウムを用いて成長させた。作製した試料の電流-電圧特性を評価した結果、試料は良好な清流特性を示し、正バイアス時の立ち上がり電圧は+3〜4Vとサファイア基板上に作製したLEDの特性と同程度の特性が得られた。試料の発光強度は注入電流密度の増加とともに線形的に増加し、発光波長のわずかなブルーシフトが確認されたものの、発光スペクトルの半値幅は30meV程度と比較的良好な発光特性を示した。このブルーシフトについて詳細な検討を行った結果、(1-101)面上に作製したLEDは(0001)面上に作製したLEDに比べ小さいことがわかった。これは量子井戸層内に発生する内部電界の影響が小さいためであると示唆された。以上の結果から、(1-101)面においてはシリコンドーピングによるn型伝導性制御、炭素もしくはマグネシウムによるp型伝導性制御が可能であることを確認し、シリコン基板上に作製した微細構造をそのまま利用した高性能デバイスの実現の可能性を明らかにした。

The fabrication of QGaN crystals on the (001) plane is possible on the semipolar plane (1 - 101) plane (1 - 101) and on the surface of the GaN(1-101) plane. The most surface atoms are in violation of the law, impurities are in violation of the law, and activation rates are in violation of the law. When carbon is added, the (1-101) plane is p-type impurity. In addition, the efficiency of the (1-101) surface is high, the self-compensation effect of the high concentration of is small, and the production of high-quality p-type crystals is possible. This year, we will try to make use of the knowledge of the characteristics of the impurities and the cyan light emitting diode (LED). N-type crystals are grown on the substrate. After the formation of the light emitting layer and InGaN/GaN quantum well structure, the p-type layer was finally formed. The current-voltage characteristics of the sample were evaluated. The sample showed good current-current characteristics. The voltage was +3 4 V when the sample was tested. The characteristics of the LED were obtained at the same level. The emission intensity of the sample increases linearly with the increase of injection current density, the emission wavelength increases linearly, and the half-amplitude of the emission wavelength increases to 30meV, which shows good emission characteristics. The results of the detailed discussion are as follows: (1-101) plane control LED (0001) plane control LED (001). The influence of the internal electric field generated in the quantum well layer is small. The above results show that the possibility of n-type conductivity control and p-type conductivity control in the (1-101) plane has been confirmed, and the possibility of realizing high-performance micro-structure on the substrate has been demonstrated.

项目成果

Mg doping in (1-101)GaN grown on a 7° off-axis (001)Si substrate by selective MOVPE

通过选择性 MOVPE 在 7° 离轴 (001)Si 衬底上生长的 (1-101)GaN 中的镁掺杂

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Crystal Growth 298
• 作者: T.Hikosaka;N.Koide;Y.Honda;M.Yamaguchi;N.Sawaki
• 通讯作者: N.Sawaki

Growth of semi-polar(11-22)GaN on a(113)Si substrate by selective MOVPE

选择性MOVPE在(113)Si衬底上生长半极性(11-22)GaN

• 发表时间: 2008
• 期刊: phys.stas.sol.(c) (印刷中)
• 作者: T. Tanikawa;T. Hikosaka
• 通讯作者: T. Hikosaka

Al doping in (1−101)GaN films grown on patterned (001)Si substrate

• DOI: 10.1063/1.2734098
• 发表时间: 2007-05
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: T. Hikosaka;Y. Honda;M. Yamaguchi;N. Sawaki

窒化物半導体構造及びその製造方法

氮化物半导体结构及其制造方法

• 发表时间: 2007

Fabrication and properties of semi-polar(1-101)and(11-22)InGaN/GaN light emitting diodes on patterned Si substrates

图案化硅衬底上半极性(1-101)和(11-22)InGaN/GaN发光二极管的制备及性能

• 发表时间: 2008
• 期刊: phys.stas.sol.(c) (印刷中)
• 作者: Yusaku Ohta;Irwan Meilano;Takeshi Sagiya;Fumiaki Kimata;Kazuro Hirahara;松岡陽子;松岡 陽子;T. Hikosaka
• 通讯作者: T. Hikosaka