III族窒化物半導体を用いた紫外発光デバイスの研究

使用III族氮化物半导体的紫外发光器件的研究

• 批准号: 06J51092
• 负责人: 井村 将隆
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Meijo 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 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J51092/
• 关键词: III族窒化物半導体; 紫外発光デバイス; AlN; 高温MOVPE法; 微細構造観察; 横方向成長技術; 低転位密度化; 転位

III族窒化物半導体を用いた高効率紫外発光デバイスの実現には、転位密度~10^6cm^<-2>オーダーのAlNが必要不可欠である。そこで我々は、成長温度1200℃以上でMOVPE成長させる手法である、高温MOVPE法を用いてAlNの低転位密度化を図った。成長用基板としては、紫外光に対して透明で、アンモニアや高熱に強いサファイア基板上を用いた。成長温度、成長圧力、成長雰囲気、V/III比を制御して条件の最適化を行ったところ、成長温度1400℃、圧力133hPa、水素雰囲気、V/III比116において6~10μm/h程度の高速成長が可能となり、5×5μm^2AFM像でのRMS指数が0.1nm以下であった。またSIMSによりAlN結晶中の残留不純物である酸素、水素、炭素、シリコンの濃度を測定したところ、すべてのバックグランドレベルにまで低減させることができた。さらにCLによる光学的測定を行なったところ、室温での自由励起子の発光が明瞭に観測できた。しかしながら平面TEMにより転位の微細構造観察を行ったところ、AlN結晶中には、微小角粒界界面にて発生した刃状転位が多数存在しており、さらなる低転位密度化が必要であった。そこで報告例の無いV/III比により成長核の制御を行い、さらに成長中のV/III比を変調させることで低転位密度なAlNが得られることを見出した。また、そのメカニズムについてTEMを用いて解明を行なった。次に、選択横方向成長技術をAlN成長に導入することにより、さらなる低転位密度化を試みた。V/III比を制御して低転位密度なAlNを成長させた後、炉から取り出し、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングにより<10-10>方向に、ピッチ6μm、溝幅3μm、深さ3μmのストライプパターンを形成する。その後、ストライプ構造をしたAlNを炉に戻して、AlNの再成長を行なった。得られたAlNは、横方向成長しており、コアレッセンスも問題がないことがわかった。断面TEM像より、再成長初期の転位は窓部に集中していたが、途中で均一化し、表面では、窓部も溝部も明瞭な転位のコントラストは見られなかった。転位密度を計算してみると目標値である~10^6cm^<-2>オーダーのものが得られた。本研究では、初めて高温MOVPE法によるAlNを詳細に評価し、低転位密度で高純度なAlN結晶を得ることに成功した。現在、本研究で得られたAlNを用い、紫外発光デバイスの検討が行われている。

Group III sulfide semiconductors are used for high-efficiency ultraviolet light, and the bit density is ~10^6cm^<-2> and it is necessary and indispensable to use AlN. The MOVPE growth method is based on the growth temperature of 1200°C and above, and the high-temperature MOVPE method is based on low-site density reduction using AlN. Growth substrates are available for use on substrates such as ultraviolet transparent substrates, and high-temperature substrates for growth. Growth temperature, growth pressure, growth atmosphere, V/III ratio control and optimal conditions, growth temperature 1400℃, pressure 133hPa, hydrogen atmosphere, V/III ratio 116 can achieve high-speed growth of about 6~10μm/h, and 5×5μm^2AFM image can achieve an RMS index of less than 0.1nm. Residual impurities in the SIMS によりAlN crystal are acid, water, carbon, and シリコンのconcentrate The degree of measurement is the same as the したところ, the すべてのバックグランドレベルにまでlower reduction させることができた.さらにCLによるoptical measurement を行なったところ, room temperature でのfree excitation screwdriver の発光が明に観measurement できた.しかしながらPlane TEMにより転 Position のMicrostructure Observation を行ったところ、AlN crystal medium には、micro It is necessary to reduce the density of the edge-like sites due to the presence of many edge-shaped sites at the corner grain boundary interface.そこでreport exampleの无いV/III than によりgrowth coreのcontrolを行い、さらにgrowingのV /III than the を変动させることでlower bit densityなAlNが得られることを见出した.また、そのメカニズムについてTEMを Use いて to explain を行なった. Next, we selected the transverse growth technology, AlN growth technology, introduced it, and tried it to achieve low bit density. V/III has a lower bit density than AlN, which has been grown, the furnace has been taken out, and the reactive properties have been improvedエッチングにより<10-10>The direction is に, the groove width is 6μm, the groove width is 3μm, and the depth is 3μm.その后、ストライプstructuralをしたAlNをfurnaceに戻して、AlNの成を行なった. Get られたAlNは, horizontal growth しており, コアレッセンスもquestion がないことがわかった. The cross-sectional TEM image shows that the initial stage of re-growth is concentrated and uniform in the middle. Chemical change, superficial appearance, clear groove part, and clear appearance of the surface. The bit density is calculated using the target value ~10^6cm^<-2>. In this study, the high-temperature MOVPE method of high-temperature AlN was evaluated in detail and the crystallization of high-purity AlN with low site density was successfully achieved. Currently, this research is based on the use of AlN and ultraviolet light.

项目成果

Microstructure of epitaxial lateral overgrown AlN on trench-pattemed AlN template by high-temperature metal-organic vapour phase epitaxy

高温金属有机气相外延在沟槽图案 AlN 模板上外延横向生长 AlN 的微观结构

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Physics Letter, Vol.89
• 作者: M.Imura;K.Nakano;T.Kitano;N.Fujimoto;G.Narita;N.Okada;K.Balakrishnan;M.Iwaya;S.Kamiyama;H.Amano;I.Akasaki;T.Noro;T.Takagi;A.Bandoh
• 通讯作者: A.Bandoh

Thermodynamic Aspects of Growth of AlGaN by High-Temperature Metal Organic Vapor Phase Epitaxy

• DOI: 10.1143/jjap.45.2502
• 发表时间: 2006-04
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: N. Okada;Naoki Fujimoto;T. Kitano;G. Narita;M. Imura;K. Balakrishnan;M. Iwaya;S. Kamiyama;H. Amano;I. Akasaki;Kenji Shimono;T. Noro;T. Takagi;A. Bandoh

Growth of high-quality and crack free AlN layers on sapphire substrate by multi-growth mode modification

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2006.10.123
• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: N. Okada;N. Kato;S. Sato;T. Sumii;T. Nagai;Naoki Fujimoto;M. Imura;K. Balakrishnan;M. Iwaya;S. Kamiyama;H. Amano;I. Akasaki;H. Maruyama;T. Takagi;T. Noro;A. Bandoh

High-speed growth of AlGaN having high-crystalline quality and smooth surface by high-temperature MOVPE

通过高温MOVPE高速生长具有高结晶质量和光滑表面的AlGaN

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Crystal Growth Vol.298(In press)
• 作者: N.Kato;S.Sato;T.Sumii;N.Fujimoto;N.Okada;M.Imura;K.Balakrishnan;M.Iwaya;S.Kamiyama;H.Amano;I.Akasaki;H.Maruyama;T.Noro;T.Takagi;A.Bandoh
• 通讯作者: A.Bandoh

Critical Aspects of High Temperature MOCVD Growth of AlN Epilayers on 6H-SiC Substrates

6H-SiC 衬底上 AlN 外延层高温 MOCVD 生长的关键问题

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physica Status Solidi (c) 3, No.6
• 作者: K.Balakrishnan;N.Fujimoto;T.Kitano;A.Bandoh;M.Imura;K.Nakano;M.Iwaya;S.Kamiyama;H.Amano;I.Akasaki;T.Takagi;T.Noro;K.Shimono;T.Riemann;J.Christen
• 通讯作者: J.Christen