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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

Research Project

Project/Area Number 10J08362
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied materials science/Crystal engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

谷川 智之  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsGaN / 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
Research Abstract

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。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (37 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (28 results)

  • [Journal Article] Strain relaxation in thick (1-101) InGaN grown on GaN/Si substrate2012

    • Author(s)
      T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano, N.Sawaki
    • Journal Title

      phys.stat.sol.(b)

      Volume: 249 Issue: 3 Pages: 468-471

    • DOI

      10.1002/pssb.201100445

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In Situ Void Formation Technique Using AIN Shell Structure on GaN Stripes Grown on C-sapphire Substrates2012

    • Author(s)
      T.Mitsunari, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      phys.stat.sol.(c)

      Volume: 9 Issue: 3-4 Pages: 480-483

    • DOI

      10.1002/pssc.201100502

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optical properties of (1-101) InGaN/GaN MQW stripe laser structure on Si substrate2011

    • Author(s)
      T.Murase, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      phys.stat.sol.(c)

      Volume: 8 Issue: 7-8 Pages: 2160-2162

    • DOI

      10.1002/pssc.201000990

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective MOVPE growth of InGaN/GaN MQW on microfacet GaN stripes2011

    • Author(s)
      T.Tanikawa, T.Murase, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      phys.stat.sol.(c)

      Volume: 8 Issue: 7-8 Pages: 2038-2040

    • DOI

      10.1002/pssc.201000995

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  • [Journal Article] Drastic Reduction of Dislocation Density in Semipolar (11-22) GaN Stripe Crystal on Si Substrate by Dual Selective Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy2011

    • Author(s)
      T.Murase, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      Jpn.Appl.Phys.

      Volume: 50

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    • Author(s)
      T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      phys.stat.sol.(a)

      Volume: (印刷中 未定)

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    • Author(s)
      T.Tanikawa, T.Murase, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      phys.stat.sol(c)

      Volume: (accepted 未定)

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  • [Journal Article] Optical Properties of (1-101) InGaN/GaN MQW Stripe Laser Structure on a Si Substrate2011

    • Author(s)
      T.Murase, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Journal Title

      phys.stat.sol(c)

      Volume: (accepted 未定)

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    • Author(s)
      Z.H.Wu, T.Tanikawa, T.Murase, Y.-Y.Fang, C.Q.Chen, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano, N.Sawaki;
    • Journal Title

      Appl.Phys.Lett

      Volume: 98 Pages: 51902-51905

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      第59回応用物理学関係連合講演会
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      早稲田大学(東京都)
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      第59回応用物理学関係連合講演会
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      早稲田大学(東京都)
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      2012-03-16
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      T.Tanikawa, T.Mitsunari, M.Kushimoto, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano, N.Sawaki
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      11th Akasaki Research Center Symposium
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県)
    • Year and Date
      2011-12-09
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      久志本真希, 谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
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      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
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    • Author(s)
      谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-08-31
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      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
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-08-31
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      朴貴珍, 杉山貴之, 谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩, 稲津哲彦, 藤田武彦, ペルノー シリル, 平野光
    • Organizer
      信学会電子デバイス(ED)研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県)
    • Year and Date
      2011-08-20
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  • [Presentation] (1-101)GaN/Si上InGaN厚膜のMOVPE成長2011

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      谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩, 澤木宣彦
    • Organizer
      信学会電子デバイス(ED)研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県)
    • Year and Date
      2011-08-19
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      T.Tanikawa, S.Sakakura, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Organizer
      第30回電子材料シンポジウム
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      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県)
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      2011-07-29
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      T.Mitsunari, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
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      第30回電子材料シンポジウム
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      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県)
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      2011-07-29
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  • [Presentation] Strain relaxation in thick (1-101) InGaN grown on GaN/Si substrate2011

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      T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano, N.Sawaki
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      9th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-9)
    • Place of Presentation
      SECC(スコットランド・エキシビション&コンファレンスセンター)(グラスゴー、イギリス)
    • Year and Date
      2011-07-12
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      A.Mishima, T.Makino, M.Iwaya, T.Takeuchi, S.Kamiyama, I.Akasaki, S.Sakakura, T.Tanikawa, Y.Honda, H.Amano
    • Organizer
      9th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-9)
    • Place of Presentation
      SECC(スコットランド・エキシビション&コンファレンスセンター)(グラスゴー、イギリス)
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      2011-07-12
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      T.Mitsunari, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Organizer
      9th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-9)
    • Place of Presentation
      SECC(スコットランド・エキシビション&コンファレンスセンター)(グラスゴー、イギリス)
    • Year and Date
      2011-07-12
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      平林了, 光成正, 谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
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      日本結晶成長学会ナノ構造・エピタキシャル成長分科会第3回窒化物半導体結晶成長講演会「窒化物半導体の応用・評価および結晶成長基礎」
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      九州大学(福岡県)
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      二嶋晃、牧野貴文、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、坂倉誠也、谷川智之、本田善央、天野浩
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      九州大学(福岡県)
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      2011-06-17
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      大畑俊也, 坂倉誠也, 谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
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    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県)
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      2011-06-17
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      坂倉誠也, 谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
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      九州大学(福岡県)
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      2011-06-17
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      H.Amano, T.Tabata, G.J.Park, T.Murase, T.Sugiyama, T.Tanikawa, Y.Kawai, Y.Honda, M.Yamaguchi, K.Takeda, M.Iwayama, T.Takeuchi, I.Akasaki, M.Imade, Y.Kitaoka, Y.Mori
    • Organizer
      5th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS-2011)
    • Place of Presentation
      鳥羽国際ホテル(三重県)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-25
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      T.Mitsunari, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
    • Organizer
      5th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS-2011)
    • Place of Presentation
      鳥羽国際ホテル(三重県)
    • Year and Date
      2011-05-25
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    • Author(s)
      H.Amano, T.Ohata, S.Sakakura, T.Sugiyama, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Miyoshi, M.Imade, Y.Mori, K.Ban, M.Iwaya, T.Takeuchi, S.Kamiyama, I.Akasaki
    • Organizer
      E-MRS 2011 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Congress Center,ニース(フランス)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-10
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      H.Amano, G.J.Park, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, K.Ban, K.Nagata, K.Nonaka, K.Takeda, M.Iwaya, T.Takeuchi, S.Kamiyama, I.Akasaki
    • Organizer
      CLEO:2011
    • Place of Presentation
      バルチモア(アメリカ)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-03
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  • [Presentation] マイクロファセットGaNストライプ上へのInGaN選択成長2010

    • Author(s)
      谷川智之, 村瀬輔, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
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      応用物理学会結晶工学分科会主催2010年・年末講演会「エレクトロニクスの将来ビジョン~発展史マップとアカデミックロードマップ~&若手ポスター発表会」
    • Place of Presentation
      東京都(学習院大学)
    • Year and Date
      2010-12-17
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      T.Tanikawa, T.Murase, Y.Honda, M.Yamaguchi, H.Amano
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      International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
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      フロリダ州タンパ(USA)
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      2010-09-20
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      フロリダ州タンパ(USA)
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      谷川智之, 本田善央, 山口雅史, 天野浩
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      第71回応用物理学会学術講演会
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      長崎大学文教キャンパス(長崎県長崎市)
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      2010-09-15
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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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