大面積・超高輝度紫外LEDへの挑戦

• Project/Area Number: 20560002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 河 俊碩 東北大 (90444017)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花田 貴 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80211481)
• Project Period (FY): 2008 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2009: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2008: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 薄膜成長 / 光素子 / 窒化物半導体

Research Abstract

平成20年度は紫外LED製作のため、サファイアを窒化することで得られるAINを形成することと、その上に形成する三角錐ナノ結晶構造、CrN基盤の形成過程に関するGaNテンプレート製作技術を開発した。具体的には(1)窒化条件の最適化、(2)多重バッファー層(AlNとCrN)とその上に成膜するGaNテンプレートの結晶性評価、(3)サファイア基板/AIN/CrNナノ結晶の界面における結晶性評価、転位及び欠陥分析である。
1. 窒化条件の最適化
スパッタリング法によりc面サファイア基板上にGr膜の成膜を行い、高温炉内でNH3による窒化を実施することでCrNの形成とサファイアを窒化することによるAlNの形成を行い多重バッファー層を形成する。すなわち、サファイア基板にCr薄膜を成膜、その後炉内(1,080℃ NH3)で窒化プロセスを行うことで単結晶CrNの三角錐ナノ結晶構造を形成した。この際、Cr薄膜の厚さと窒化時間によるCrNナノ結晶の表面モフォロジーとCrNの結晶性の向上に関する研究を実施した。
2. 多重バッファー層(AlNとCrN)とその上に成膜するGaNテンブレートの結晶性評価
さまざまな窒化条件によってCrNバッファー層上にGaNテンプレート層を成長して、これらGaNの結晶性を分析した。この結果、CrNの結晶性が良いほどGaNの結晶性が向上するのではなく、三角錐ナノ結晶構造の分布及び大きさによってGaNの結晶性が変わることが確認できた。
3. サファイア基板/AlN/CrNナノ結晶の界面における結晶性評価、転位及び欠陥分析
最適のGaNを成長した後XRD、PL法を利用して結晶性及び不純物の評価を行った。またSEM、AFMによる表面観察及びTEMによる欠陥密度を評価した。その結果、今までの研究結果より少ない刃状転位密度を持っている良質のGaN結晶成長が出来ているということを確認した。

Research Products

• [Journal Article] Lattice strain in bulk GaN epilayers grown on CrN/sapphire template (2009)
  • Author(s): S. W. Lee, J. S. Ha, H. J. Lee, H-J. Lee, H. Goto, T. Hanada, T. Goto, et.al.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94 Pages: 82105-82105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydride vapor phase epitaxy of GaN on the vicinal c-sapplaire with a CrN interlayer (2009)
  • Author(s): H. J. Lee, J. S. Ha, H-J. Lee, S. W. Lee, S. H. Lee, H. Goto, S. K. Hong, et.al.
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311(3) Pages: 470-473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spontaneous Transition In Preferred Orientation of GaN Domains Grown on R-Plane Sapvhire Substrate from [11-20] to [0001] (2009)
  • Author(s): H. J. Lee, J. S. Ha, T. Goto, T. Yao, S. K.Hong, J.H.Chang, C. Kim
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduction of dislocations in GaN films on AlN/sapphire templates using CrN nanoislands (2008)
  • Author(s): J. S. Ha, H. J. Lee S. W. Lee, H-J. Lee, S. H. Lee, H. Goto, et.al.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 9(9) Pages: 91906-91906
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical lift-off of GaN epitaxial films grown on c-sapphire substrates with CrN buffer layers (2008)
  • Author(s): H. Goto, S. W. Lee, H. J. Lee, H-J Lee, J. S. Ha, M. W. Cho, and T. Yao
  • Journal Title: Physica Status Solidi C 5(6) Pages: 1659-1661
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ordered arrays of ZnO nanorods grown on periodically polarity-inverted surfaces (2008)
  • Author(s): S. H. Lee, T. Minegishi, J. S. Park, S. H. Park, J. S. Ha. et.al.
  • Journal Title: NANO LETTERS 8(8) Pages: 2419-2422
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The characteristics of chemical lift off method using metallic buffer laver and its annlication to the vertical light emitting diodes (2008)
  • Author(s): S. W. Lee, J. S. Ha, H. J. Lee, H.-J. Lee, S. H. Lee, et.al.
  • Organizer: Device Research Conference
  • Place of Presentation: Santa Barbara, California, U.S.A.
  • Year and Date: 2008-06-23
• [Presentation] The role of surface chemistry on the growth of GaN on 6H-SiC by HVPE (2008)
  • Author(s): J. S. Ha, H.-J. Lee, H. J. Lee, S. W. Lee, S. Nagata, S. H. Lee, et.al.
  • Organizer: The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-4)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
  • Year and Date: 2008-05-25
• [Presentation] Chemical lift-off process for fabrication of high-brightness vertical-light-emitting diodes (Keynote Lecture) (2008)
  • Author(s): J. S. Ha, K. Fujii, M. W. Cho, and, T. Yao
  • Organizer: The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-4)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
  • Year and Date: 2008-05-25
• [Presentation] The Fabrication of High brightness Vertical Light Emitting Diodes by Chemical lift-off Process (Invited) (2008)
  • Author(s): J. S. Ha, S. W. Lee, H. J. Lee, H-J. Lee, S. H. Lee, T. Kato, et.al.
  • Organizer: 7th International Symposium on Semiconductor Light Emitting Devices
  • Place of Presentation: Phoenix, Arizona, U.S.A
  • Year and Date: 2008-04-27