擬似単結晶金族基板を用いたGaN発光素子に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205123
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤岡 洋 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (50282570)
• Keywords: MBE / 窒化ガリウム / 発光ダイオード / ホトルミネッセンス / 電磁鋼板 / ディスプレー / 窒化アルミニウム / Mgドーピング

Research Abstract

本研究の目的は電磁鋼板と呼ばれる巨大グレインを持つ擬似単結晶鋼板に成長した窒化ガリウムを用いて発光ダイオードを試作し、低消費電力の大面積ディスプレーや電子ペーパー、高効率照明への応用の可能性を実証することである。本提案の研究実施計画は以下の5点に要約できる。(1)擬似単結晶鋼板・窒化ガリウム間の表面処理技術及び界面バッファー層技術の開発(2)擬似単結晶鋼板上へ成長したGaNヘテロエピタキシャル膜の結晶性向上(3)擬似単結晶基板上の表示素子の製造プロセス開発(4)3次元デバイス・シミュレーターを用いた表示デバイス設計(5)擬似単結晶基板上表示素子の試作このうち、平成14年度は(1)のGaN成長用の擬似単結晶表面処理技術及び界面バッファー層技術の開発と(2)の結晶成長技術の開発を研究の中心に据えた。このうち、(1)においては電磁鋼板の成長前酸化膜除去技術として、超高真空中での高温(1000℃)アニールを検討し、電子線回折法によってその有効性を確かめた。この酸化膜の除去メカニズムをX線光電子分光のその場観察によって解析した結果、高温アニールによって電磁鋼板中に含まれる珪素原子が表面に偏析し、この珪素が表面の鉄酸化物を還元し、一酸化珪素として気相に放出されていることを見出した。また(2)に関しては各種バッファー層の性能を試したが、単結晶AlNをターゲットに用いたAlN薄膜の結晶性が非常に高く、また、金属特に鉄原子の拡散に対するバリアー性が高いことを見出した。これは単結晶AlNは不純物濃度が低いため、薄膜の結晶欠陥の密度が低下し金属の拡散定数が低下したためと考えられる。これらの技術を用いてGaN薄膜を成長したところ、従来に比ベホトルミネッセンス強度が大幅に増加し、黄色欠陥発光強度も大幅に低下した。

Research Products

• [Publications] H.Fujioka, T.Ikeda, S.Ito, M.Oshima: "Characterization of InSb grown on Single Crystalline Mn-Zn Ferrite Substrates"Journal of Crystal Growth. 241. 309-312 (2002)
• [Publications] J.Ohta, H.Fujioka, S.Ito, M.Oshima: "Room temperature epitaxial growth of AlN films"Applied Physics Letters. 81. 2373-2375 (2002)
• [Publications] J.Ohta, H.Fujioka, H.Takahashi, M.Oshima: "Growth of epitaxial AlN on (Mn, Zn)Fe2O4 substrates by pulsaed laser deposition"Appl.Surface Science. 93. 486-489 (2002)
• [Publications] S.Ito, J.Ohta, H.Fujioka, M.Oshima: "Growth of GaN on nearly lattice matched MnO substrates by pulsed laser deposition"Appl.Surface Science. 197/198. 384-387 (2002)
• [Publications] H.Ofuchi, Y.Imaizumi, H.Sugawara, H.Fujioka, M.Oshima, Y.Takeda: "Fluorescence XAFS study on local structures around Tb ions implanted in SiO2 on Si"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B : Beam Interactions with Materials and Atoms. 199. 231-234 (2003)
• [Publications] M.Kimura, A.Acosta, H.Fujioka, M.Oshima: "Generalized grazing-incidence-angle X-ray scattering (G-GIXS) analysis of quantun. dots on Si (001) substrate"Journal of Applied Physics. 93. 2034-2038 (2003)