AlGaN/AlN量子井戸を用いた高効率深紫外発光素子の作製

利用AlGaN/AlN量子阱制备高效深紫外发光器件

• 批准号: 10F00368
• 负责人: 川上 養一
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00368/
• 关键词: AlGaN/AlN量子井戸; 発光素子; 深紫外領域; 電子線励起; 電力効率; 新紫外領域

本研究は,窒化物半導体AlGaN系の量子井戸構造により,波長350nm以下の紫外光源を得ようとするものである.この波長域の光は,LSIプロセス,キュアリング,表面改質,殺菌・消毒など,われわれの生活を支える幅広い分野で既に必要不可欠な光である.従来,水銀ランプやフッ素・塩素系のエキシマランプなどが用いられてきたが,低い発光効率,高い環境負荷の構成元素,短い寿命などが問題とされている.したがって,深紫外領域で,高効率,長寿命,低環境負荷の光源を半導体で実現することができれば,エネルギー問題や環境問題の解決に向けて大きく貢献しうるものと考えている.このAlGaN量子井戸構造に関して,本年度は以下の成果を得た.(1)高品質なAlN基板の入手が困難であることから,サファイア(0001)基板上へのヘテロエピタキシーを行った.サファイア基板の表面に現れる分子層ステップの位置に,貫通刃状転位列が形成されることが透過電子顕微鏡観察により明らかになった.その原因が,サファイア(0001)面の原子配列にあると予測し,偶数分子ステップを導入することにより転位列が消滅できることを予測した.それを実験的に証明するためにサファイア基板のオフ角の選定,熱処理条件の最適化を図り,その上に成長したAINにおいて実際に転位列が消滅していることを示した.(2)サファイア基板の窒化による高品質化を試みた.窒化により3ミクロン程度の厚膜でもクラックの発生が抑制出来ることがわかり,その波及効果として厚膜化により転位密度が低減することが実験的に示された.その原因として,窒化されたサファイア上ではAlNが初期成長過程において三次元成長するため,三次元成長核が合体するときに空孔が発生し,それがクラックを引き起こす歪吸収部として機能することを見出した.(3)Siをn型不純物として添加し,電気的および光学的特性を評価した.電気的には,Si添加に伴い抵抗が減少することが確認できた.光学的には,Si添加に伴う歪の変化が発光ピーク位置の変化として観察された.イオン半径が異なる材料の導入に伴う変化であると考えられ,電気特性とも合わせ,Siがドーピングされたことを示している.不純物添加による点欠陥(非輻射再結合中心)の抑制効果はクリアには観察されなかった.(4)転位密度と発光特性の関連を評価するために,さまざまな転位密度のサンプルを準備し,そのフォトルミネッセンス強度を比較した.その結果,転位密度が10^8/cm^2以下であれば,発光強度に大きな影響はないことが分かった.上記,窒化サファイア基板は有力な手法であることが確認された.(5)AlGaN量子井戸におけるポテンシャル揺らぎを評価した.揺らぎの最小において局在したキャリアが高効率発光に寄与することを実験的に示した.

は, smothering compound semiconductor AlGaN is の opens quantum well structure に よ り, の under 350 nm wavelength ultraviolet light source を have よ う と す る も の で あ る. こ の の は light wavelength domain, LSI プ ロ セ ス, キ ュ ア リ ン グ, surface modification, sterilization, disinfection な ど, わ れ わ れ の life with を え る picture hiroo い eset で に both need not owe な light で あ Youdaoplaceholder0. 従, mercury ラ ン プ や フ ッ element, element salt is の エ キ シ マ ラ ン プ な ど が with い ら れ て き た が, low い 発 light working rate, high load の い environment constitute elements, short い life な ど が problem と さ れ て い る. し た が っ て, で deep ultraviolet area, high working rate, long life, low environment load の light を semiconductor で be presently す る こ と が で き れ ば, エ ネ ル ギ ー の や environmental problems solve に to け て big き く contribution し う る も の と exam え て い る. こ の opens AlGaN quantum well structure に masato し て, below this year's は た を の results. (1) high quality な difficulty of AlN substrate の が で あ る こ と か ら, サ フ ァ イ ア (0001) substrate へ の ヘ テ ロ エ ピ タ キ シ ー を line っ た. サ フ ァ イ ア substrate surface に の is れ る molecular layer ス テ ッ プ に の location, well versed in the blade shape planning among が form さ れ る こ と が through electronic 顕 micromirror 観 examine に よ り Ming ら か に な っ た. そ が の reasons, サ フ ァ イ ア の (0001) surface atoms with column に あ る と be し, even molecular ス テ ッ プ を import す る こ と に よ り planning among が eliminate で き る こ と を be し た. そ れ を be 験 に prove す る た め に サ フ ァ イ ア substrate の オ フ Angle の selected, hot 処 の bedding conditions optimization を 図 り, そ の に growth on し た AIN に お い て be interstate に planning among が eliminate し て い る こ と を shown し た. (2) サ フ ァ イ ア substrate の smothering the に よ る try getting high-quality を み た. Smothering the に よ り 3 ミ ク ロ ン degree の thick film で も ク ラ ッ ク の 発 raw が inhibition out る こ と が わ か り, そ の affected unseen fruit と し て thick film change に よ り planning a が low density decrease す る こ と が be 験 に さ in れ た. そ の reason と し て, smothering the さ れ た サ フ ァ イ ア on で は AlN が early growth に お い て three-d growth す る た め, three times Yuan growing nuclear が fit す る と き に empty hole が 発 し, そ れ が ク ラ ッ ク を lead き up こ す slanting 収 absorption of と し て function す る こ と を shows し た. (3) Si を n impurity content と し て add し, electric 気 お よ び optical characteristics of を review 価 し た. Electric 気 に は, Si add に companion い resistance が reduce す る こ と が confirm で き た. Optical に は, Si add に with う slanting の variations change が 発 light ピ ー の ク position - the と し て 観 examine さ れ た. イ オ ン radius が different な の る material import に with う variations change で あ る と exam え ら れ, electric 気 features と も close わ せ, Si が ド ー ピ ン グ さ れ た こ と を し Youdaoplaceholder0 て る. Impurity content added に よ る point owe 陥 (non radiation recombination center) の inhibition of unseen fruit は ク リ ア に は 観 examine さ れ な か っ た. (4) planning a density と 発 light feature の masato even を review 価 す る た め に, さ ま ざ ま な planning a density の サ ン プ ル を し, そ の フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン を ス strength comparison し た. そ の results, planning a density が 10 ^ 8 / c Below m^2, であれば, the intensity of light emission に is greater than that of <s:1> な, which affects the であれば な な とが とが とが of った った. Written, smothering サ フ ァ イ ア substrate は powerful な gimmick で あ る こ と が confirm さ れ た. (5) AlGaN quantum well opens に お け る ポ テ ン シ ャ ル 揺 ら ぎ を review 価 し た. Bureau of minimum 揺 ら ぎ の に お い て in し た キ ャ リ ア が 発 に send light and high working rate す る こ と を be 験 に し in た.

项目成果

サファイア(0001)基板のステップバンチングによるAlN薄膜の周期的ツイストの除去

通过蓝宝石 (0001) 衬底上的阶梯聚束去除 AlN 薄膜中的周期性扭曲

• 发表时间: 2011
• 作者: 林佑樹;松田和久;R.G.Banal;船戸充;川上養一
• 通讯作者: 川上養一

Thick and Crack-free AlN Films by NH3 Nitridation of Sapphire Substrate

蓝宝石衬底NH3氮化制备厚且无裂纹的AlN薄膜

• 作者: R. G. Banal;Y. Akashi;K. Matsuda;Y. Hayashi;M. Funato and Y. Kawakami
• 通讯作者: M. Funato and Y. Kawakami

強励起した高Al組成AlGaN/AlN量子井戸の深紫外発光メカニズム

强激发高Al组分AlGaN/AlN量子阱的深紫外发射机理

• 发表时间: 2010
• 作者: 大音隆男;岩田佳也;金田昭男;R.G.Banal;船戸充;川上養一
• 通讯作者: 川上養一

Exciton-LO Phonon Coupling Strength in AlGaN/AlN Quantum Wells

AlGaN/AlN 量子阱中的激子-LO 声子耦合强度

• 作者: R. G. Banal;M. Funato and Y. Kawakami
• 通讯作者: M. Funato and Y. Kawakami

Inhomogeneous broadening in Al-rich AlGaN/AlN single quantum wells

富铝 AlGaN/AlN 单量子阱的不均匀展宽

• 发表时间: 2010
• 作者: R.G.Banal;M.Funato;Y.Kawakami
• 通讯作者: Y.Kawakami