2017 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of nitride-semiconductor-based light-emitters on a reusable substrate
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16K14232
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
船戸 充 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70240827)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 養一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30214604)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / 光デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，基板と半導体界面に弱い結合しか持たない系での結晶成長およびデバイス応用に向け，具体的には，ScMgAlO4基板上の窒化物半導体を対象とし，有機金属気相成長による結晶の作製法と，新しいデバイス技術を確立することを目標としている．
まず，有機金属気相成長法によりScMgAlO4基板上へのGaNの結晶成長条件を確立した．X線回折による結晶構造評価によると，サファイア基板上GaNよりも刃状転位が減少しており，弱い界面結合力がポジティブに働いているものと考えている．このGaNに対してSiおよびMgを添加し，それぞれn，p型伝導制御を試みた．最適化の結果，n，pとも2e18/cc程度のキャリア密度を得た．さらに，GaN/ScMgAlO4上にInGaN量子井戸を作製した．発光効率はサファイア基板上と同等であった．以上の成果を踏まえ，ScAlMgO4基板上に可視発光ダイオードを試作したところ，発光強度は，同様の構造をもつサファイア上LEDよりも大きく，このエピタキシーが発光素子の作製に向けて高いポテンシャルを持っていることが明らかとなった．
ScMgAlO4基板の(0001)面は，In組成17%のInGaNと格子整合する．この特長を活かして，ScMgAlO4上に，GaNではなくIn0.17Ga0.83Nを母体としたInGaN量子井戸を作製する条件を検討した．その結果，波長560～680 nmの範囲内で発光する量子井戸構造の作製に成功した．室温発光強度をGaNベースの量子井戸と比較すると，長波長になるほど，InGaNベースの量子井戸のほうが強く光るようになり，例えば620 nmの赤色で比較すると，その強度比は約40倍にも達した．窒化物半導体による高効率な長波長発光素子用の基板として，非常に有望であると考えられる．
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