加工Si基板上への非極性面GaNの選択MOVPE成長に関する研究

加工硅衬底上选择性MOVPE生长非极性面GaN的研究

• 批准号: 10J08362
• 负责人: 谷川 智之
• 金额: $ 0.9万
• 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: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08362/
• 关键词: GaN; InGaN; MOVPE; 半極性; 選択成長; Si基板; LED/LD; 誘導放出; 窒化物半導体; 半極性・非極性

10^6cm^<-2>以下となる半極性(1-101)GaN/Siストライプを作製し、その上に発光波長が青色(λ=422nm)から緑色(λ=540nm)のInGaN/GaN多重量子井戸を作製し、PLによって内部量子効率の評価を行った。下地結晶の高品質を反映し、輻射再結合が支配的となる優れた発光特性を有していた。内部量子効率は青色で90%以上と高い値を示した。しかしながら発光波長が長波長になるにつれて内部量子効率の低下が見られた。断面TEM解析およびXRD測定から、InGaN中のIn組成が高くなると量子井戸程度の幅で格子緩和し、積層欠陥が導入されることが分かった。また導波路構造を作製し、波長420nmにおいてシリコン基板上としては世界初の誘導放出高を得た。しかしながら緑色では誘導放出光は得られず、格子緩和による欠陥が影響しているものと思われる。そこで発光層における格子緩和を回避すべく下地層をGaNからInGaNに変更することを提案した。従来の(0001)面上にInGaNを厚く成長した場合、表面は{1-101}ファセットで構成されたピットにより平坦な面を得られなかった。一方で半極性(1-101)GaNを下地層として用いると、厚膜を成長しても表面にはピットは見られず平坦性に優れた結晶であることが分かった。このInGaNに対しXRD測定とAFM測定により成長過程の詳細な解析を行った。半極性面上のInGaNはまず初めにc軸方向にチルトを伴う格子緩和を生じ、次いでa軸方向に格子定数が増大する二段階の過程であることが分かった。表面は格子緩和時に三角形状のグレイン構造を形成するが、膜厚の増大に伴いグレインサイズが大きくなる、平坦化プロセスを確認した。今後、半極性InGaN中の転位や積層欠陥の発生・消滅機構を明らかにすることで高品質InGaN結晶および高効率緑色発光素子の実現が期待できる。

Semipolar <-2>(1-101)GaN/Si quantum wells below 10^6 cm ^are fabricated, and InGaN/GaN multiple quantum wells at wavelengths ranging from cyan (λ=422nm) to green (λ=540nm) are fabricated. The high quality of the crystal reflects the radiation recombination, which dominates the optical properties. The internal quantum efficiency is above 90%. The wavelength of light is longer than the wavelength of light, and the internal quantum efficiency is lower. TEM analysis and XRD measurement of cross sections show that the composition of In in InGaN is high, the amplitude of quantum well is low, and the layer is low. The waveguide structure is manufactured at a wavelength of 420nm, and the induced emission is high on the substrate. The green light is induced to emit light, and the lattice is relaxed. The lattice relaxation of the light-emitting layer avoids the formation of GaN and InGaN. InGaN is grown on the (0001) plane, and the surface is flat. One side of the semipolar (1-101)GaN layer is used for thick film growth. The XRD and AFM measurements of InGaN were performed in detail. InGaN on the semi-polar plane is a two-stage process in which the lattice number increases in the direction of the c-axis and decreases in the direction of the a-axis. When the lattice is relaxed, the triangular structure is formed, the film thickness is increased, and the thickness is increased. In the future, it is expected that the development and elimination mechanism of semiconductor layer defects in semipolar InGaN will be realized with high-quality InGaN crystals and high-efficiency green emitters.

项目成果

AlN/GaN多層膜反射鏡の高反射率化

高反射率的AlN/GaN多层反射器

• 发表时间: 2011
• 作者: 矢木 康太;加賀 充;山下 浩司;竹田 健一郎;谷川 智之;岩谷 素顕;竹内 哲也;上山 智;赤崎 勇;天野 浩
• 通讯作者: 天野 浩

Effect of lateral vapor phase diffusion during the selective growth of InGaN/GaN MQW on semipolar and nonpolar GaN stripes

InGaN/GaN MQW 在半极性和非极性 GaN 条带上选择性生长过程中横向气相扩散的影响

• 发表时间: 2011
• 期刊: phys.stat.sol.(a)
• 作者: T.Tanikawa;Y.Honda;M.Yamaguchi;H.Amano
• 通讯作者: H.Amano

加工Si基板上(1-101)InGaN/GaN MQWストライプの偏光特性

加工后的 Si 衬底上 (1-101)InGaN/GaN MQW 条带的偏振特性

• 发表时间: 2011
• 作者: 久志本真希;谷川智之;本田善央;山口雅史;天野浩
• 通讯作者: 天野浩

Lattice relaxation in semipolar (1-101) InGaN/GaN on silicon substrates

硅衬底上半极性 (1-101) InGaN/GaN 的晶格弛豫

• 发表时间: 2011
• 作者: T.Tanikawa;S.Sakakura;Y.Honda;M.Yamaguchi;H.Amano
• 通讯作者: H.Amano

HVPE成長を用いた微細加工Si基板上半極性GaN自立基板の作製

使用 HVPE 生长在微加工 Si 衬底上制造半极性 GaN 自支撑衬底

• 发表时间: 2011
• 作者: 平林了;光成正;谷川智之;本田善央;山口雅史;天野浩
• 通讯作者: 天野浩