非晶質、多結晶基板上成長III-V窒化物による多結晶半導体フォトニクスに関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 朝日 一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (90192947)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅見 久美子 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (40110770)
• Keywords: 窒化物半導体 / 多結晶半導体 / ガスソースMBE / フォトルミネッセンス / ドーピング / 非晶質基板 / 酸化物基板 / フォトニクス

Research Abstract

非晶質の石英ガラス基板上への多結晶GaNの成長は、Ga金属およびプラズマ励起の窒素ガスを用いて、ガスソース分子線エピタキン(MBE)法により行った。成長条件によりこのC軸配向性が大きく異なることが分かった。(1×1)の反射高速電子回折(RHEED)パターンを示す条件下で成長した多結晶GaNは、基板面に垂直に強いC軸配向性を示すことが分かった。この時はGa過剰の成長条件に対応し、ほぼ0.2μm x 0.3μmの均一な大きさの多結晶がほぼ均一に分布する傾向にあることが分かった。これらの多結晶GaNサンプルからは、強く鋭いフォトルミネセンス(PL)発光が観測された。PLピークの半値全幅は約30meVと狭かった。高輝度青色・緑色発光ダイオードの作製に成功している日亜化学で成長した単結晶GaNの発光強度とほぼ同程度であることが分かった。多結晶GaNのPL発光の起源は、励起子発光であることが確認された。N形、p形のドーパントとして、それぞれSi,Beを用いてドーピングの成長実験を行ったところ、n形、p形の伝導形の制御できることが分かった。P形でも7x10^<17>cm^<-3>の正孔濃度が得られた。多結晶GaNを用いて発光デバイスを作製できる可能性を示し、低価格、大面積の発光デバイスへの応用が期待される。さらに、各種の基板上に強い発光特性を示す多結晶GaN薄膜を成長することによる多機能・新機能の発現の第1歩として、SrTiO_3基板上に成長した多結晶GaNにおいても強いPL発光が観測された。

Research Products

• [Publications] H. Asahi: "Very strong photoluminescence emission from GaN grown on amorphous silica substrate by gas source MBE"J. Crystal Growth. 201/202. 371-375 (1999)
• [Publications] H. Tampo: "Strong photoluminescence emission from GaN on SrTiO3 substrate"Phys. Stat. Sol.(b). 216. 113-116 (1999)
• [Publications] M. Hiroki: "Improved properties of polycrystalline GaN grown on silica glass substrate"J. Crystal Growth. 209. 387-391 (2000)
• [Publications] H. Asahi: "Gas Source MBE Growth of GaN-related Novel Semiconductors"Materials Science and Engineering B. (印刷中). (2000)