シリコン上ガリウム砒素中の熱歪緩和法及び転移に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650018
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 酒井 士郎 徳島大学, 工学部・電気電子工学科, 助教授 (20135411)
• Keywords: シリコン上ガリウムヒソ / 熱歪 / 転位 / 発光ダイオ-ド / 寿命 / CaAs on Si

Research Abstract

ガリウムヒソをシリコンの上に成長させた時、両者の熱膨張係数差により生じる歪は成長後冷却過程で転位を発生させたり素子の動作中に転位を増殖させたりして素子特性を著しく劣化させる。この問題を解決するため両者の間に隙間を作ったUCGAS(Undercut GaAs on Si)構造を新たに提案し、その熱歪及び転位の研究を行なうと同時に発光ダイオ-ド作製に応用した。その結果、
1.UCGA構造にすることによって熱歪は低減はするが塑性変形がすでに起こっているので完全には緩和されない、
2.UCGASを熱処理すると転位が著しく減少すると共に歪も緩和する、
3.UCGAS上にガリウムヒソを再成長すると転位はさらに低減する、ことが分かった。この改善の原因は理論解析により、1.UCGASにおいてはガリウムヒソ層が自由に動ける状態になっていること、および2.高密度の格子不整合転位が閉じ込められているヘテロ界面が除去されていること、によっていることが分かった。
そこでこれらの結果をもとにUCGAS上に発光ダイオ-ド構造を再成長し素子を作製した。作製した素子は発子強度が従来型のメサ型に比べ10倍以上になった。さらに定電流注入による寿命試験を行なった結果、メサ型は数時間の動作でも劣化が認められることに対しUCGAS型は1000時間以上動作させても著しい劣化は見られなかった。この寿命はこれまで報告されたすべてのシリコン上ガリウムヒソ系発光素子の中で最い長いものであり、初めての実用レベルの値である。
次年度はこの結果をさらに進め無転位結晶成長とレ-ザ-の作製を行なう。

Research Products

• [Publications] S.Sakai,K.Inubushi,T.Hyakudai,Y.Shintani: "Growth of InAsP on Inp by liquid phase electroepitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.30,No.3B. L425-427 (1991)
• [Publications] N.Wada,K.Higashiyama,S.Sakai,S.Shintani,Y.Ueta,T.Yuasa,S.Koshiba,M.Umeno,K.Uematsu: "A New reactor for metalorganic Chemical vapor deposition equipped with an internal flow selector" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.30,No.3A. L396-397 (1991)
• [Publications] S.Sakai,K.Kawasaki,M.Okada,N.Wada,Y.Shintani: "Thermal stress and defectreduction in undercut GaAs on Si substrate" Electron.Lett.Vol.27,No.15. 1371-1372 (1991)
• [Publications] S.Sakai,Y.terauchi,N.Wada,Y.Shintani: "Zinc diffusion in AlGaAs grown on Si substrate" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.30,No.9A. 1942-1943 (1991)
• [Publications] S.Sakai,Y.Ohashi,Y.Shintani: "Selective liquidーphase electroepitaxy of GaAs on GaAsーCoated Si substrates" J.Appl.Phys.Vol.70,No.9. 4899-4902 (1991)
• [Publications] K.Inubushi,S.Sakai,T.Hyakudai,Y.Shintani,: "Currentーcontrolled liquid phase epitaxy of InAsP on InP subustres" Conf.Proc.3rd.Int.on Inp and Related Materials. WP47. 488-491 (1991)
• [Publications] Y.Ueta,N.Wada,S.Sakai Y.Sintani: "Growth mechanism of AlGaAs on terraced subustrates by low pressure MOVPE" J.Electron.Mater. Vol.21,No.3. 355-359 (1992)
• [Publications] N.Wada,S.Sakai,Y.Ueta,K.kawasaki: "Thermal stress in partially separated GaAs layers grown epitexially on Si substrates"
• [Publications] S.Sakai,N.wada,S.Yoshimi,C.L.Shao: "Thermal annealing effects on the defect and stress reduction in undercut GaAs on Si"
• [Publications] S.Sakai,Y.Ohashi: "Selective grown of GaAs on GaAsーcoated Si substrate by liquid phase electroepitaxy"