2017 Fiscal Year Research-status Report
High performance and controlling optical polarization for unpolar optical devices using hetero middle layer
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16K17514
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
岡田 成仁 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (70510684)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | InGaN / 半極性面 / ファセット成長 / 完全緩和 / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
InGaN下地層の高品質化に着目し、半極性面で構成されるファセット成長を行うことにより完全緩和した高品質c面InGaN下地層の作製に取り組んだ。その結果、InGaN/GaN多重量子井戸（MQW)の発光強度を増加させること、InGaNのファセット成長における結晶構造のメカニズムの一部を解明することができた。
c面成長における半極性面で構成されるファセット成長によって得られたInGaNに化学機械研磨（CMP）を施し、高品質のc面InGaNテンプレートを作製した。その後、緑色で発光するInGaN/GaN MQW構造を成長させた。c面InGaNテンプレート上MQWはGaNをテンプレート上MQWと比較し発光効率が2～5倍高いことが明らかとなった。この結果はInGaNとMQW活性層の格子ミスマッチが小さいことにより、欠陥導入が少ないこと、量子閉じ込めシュタルク効果の低減によるMQW内の内部電界の軽減を暗示していると考えられ、結果的に発光効率の向上につながったと考えられる。
さらなるInGaNの高品質化のために、InGaNファセット構造を様々な条件下において作製し、評価した。成長時間を10時間から20時間に延ばし、さらなる高品質化の検討を行った。しかし、成長時間を長くしたInGaNは結晶性が悪化しており、単なる厚膜化での高品質化は困難であることが分かった。この原因を、透過型電子顕微鏡によって結晶欠陥の解析を行った。その結果、積層欠陥と思われる欠陥の導入が長時間成長のサンプルに観測されており、結晶劣化に起因していることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究提案時に構想していたInGaN半極性面成長を、c面成長における半極性面で構成されるファセット成長で高品質InGaNテンプレートを実現することにより、より実用的なInGaNテンプレートの開発に成功した。ファセット成長したInGaNは化学機械研磨（CMP)を施し、原始レベルで平坦な膜を得ている。
c面成長における半極性面で構成されるファセット成長でInGaNにCMPを施し、高品質のc面InGaNテンプレートを作製した後、緑色で発光するInGaN/GaN多重量子井戸（MQW)構造をその上に成長させた。c面InGaNテンプレート上MQWはGaNをテンプレート上MQWと比較し発光効率を2～5倍高いことが明らかとなった。
半極性面を用いると成長方向に対して積層欠陥を含みやすい構造となるが、c面成長では成長方向と直交方向に欠陥が導入され欠陥の影響が受けにくいと考えられる。試料の欠陥解析を透過型電子顕微鏡によって実施した結果、基底面方向に積層欠陥と思われる欠陥が導入されていることが明らかとなった。この欠陥の導入はInGaNの膜厚、組成と密接に関係している結果が得られてきており、InGaN成長における結晶欠陥解析とさらなる高品質InGaNテンプレートの開発を実施中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
c面成長における半極性面で構成されるファセット成長で高品質InGaNテンプレートを実現することにより、より実用的なInGaNテンプレートの開発の一方で、InGaN半極性面は偏向特性制御に興味深い材料系である。
半極性面成長、c面成長における半極性面で構成されるファセット成長ではその成長モードに似通った性質を持っており、結晶成長分野の発展も期待できる。今後は半極性面、c面の両成長を実施し、より発光効率の高い発光材料の開発と、結晶成長メカニズムの解析に取り組む予定である。特にc面は高効率、半極性面は偏向率制御の観点で発光素子の開発を行い、それら2材料の比較により結晶成長メカニズムの解明を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
山口大学における実験の進み具合が良好であり、当初予定の研究よりも良好な実験結果が得られていた。その中で、国際研究機関（レンセラー工科大、エール大学）との共同研究を開始することになった。結果、物品購入額が減少し、共同研究での旅費が大きくなった。
次年度も引き続き共同研究を実施する。エール大学においては本研究の基盤である非極性面GaNテンプレートを積層欠陥の導入無で作成する技術を持っており、非極性面基板のサンプル提供を受け本研究を遂行予定である。
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