2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on the origin and function of high-energy emission around dislocations in III-nitride quantum well structures by nanoscopic spectroscopy
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19K04490
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
倉井 聡 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (80304492)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | III族窒化物混晶半導体 / 量子井戸構造 / 転位 / ポテンシャル障壁 / 内部量子効率 / オフ角制御 / 近接場光学顕微分光法 / カソードルミネッセンスマッピング法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
InGaN超格子(SL)/MT-GaN複合層をピット形成層に用いたInGaN/GaN多重量子井戸(MQW)構造に対して近接場光学顕微分光(SNOM-PL)評価を行い、ポテンシャル障壁高さと内部量子効率(IQE)の関係を評価した。過去のInGaN超格子(SL)層をピット形成層として用いた実験で、SL層数の増加に伴うポテンシャル障壁の増大およびIQEの増大を報告しているが、IQE増大の中にはSL層を用いたことによる点欠陥の伝播抑制の影響が含まれる可能性がある。このため、SL層の条件を固定し、ピット拡大にMT-GaN層を用いた複合型のピット形成層を用いることで、ポテンシャル障壁によるIQE改善効果に絞った議論が可能と考えた。MT-GaN層厚を増加するとポテンシャル障壁高さが増加すること、およびこれに伴いIQEが増加する傾向が確認された。従ってSL層の条件を固定した場合にもポテンシャル障壁高さとIQEの相関が見られたことから、Vピット形成によるポテンシャル障壁のIQE向上に対する有用性が明確に示された。
オフ角およびオフ方向が異なるスパッタAlNテンプレート上AlGaN MQWの表面構造とIQEの相関について更に評価を進めた。オフ方向は昨年度実施のサファイアc軸をm軸方向にオフした試料に加えて、a軸方向にオフした試料を評価した。オフ角の増大に伴うヒロック減少と過剰なオフ角に伴うステップバンチングの出現、およびこれらマクロステップ構造へのGa原子優先取り込みによる局所波長シフトはオフ方向が変わっても同様に観測された。また、ステップバンチング部は発光強度が低下する領域であった。このため、IQEはオフ角上昇に対して凸状の変化を示した。オフ方向が違う試料の比較から、a軸オフ試料において低オフ角側のIQEが若干高いこと、高オフ角側でのステップ部への転位集中が若干抑えられている傾向が観察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MT-GaN層とInGaN SL層を適切に組み合わせ、Vピット形成によるポテンシャル障壁がIQEに及ぼす効果をInGaN SL層が有するとされる点欠陥伝播抑制効果と切り分けて評価した。これによりポテンシャル障壁高さの増加そのものがIQE増大に寄与することを示した。MT-GaN層厚を増加した際のVピット直径拡大に伴うIQEは、増加の後、飽和傾向を示したが、これはポテンシャル障壁高さが十分高くなったこと、および下地のMTーGaN層厚増加に伴う点欠陥密度増加がポテンシャル障壁の影響を相殺した可能性が考えられる。InGaN SLのみの場合もこのような飽和傾向が見られていることから、前者を反映していると考えられ、Vピットサイズは150nm程度で十分であると結論した。
また、オフ角に加えてオフ方向が異なるAlGaN MQWの表面構造とIQEの関係について評価し、オフ方向に依らず表面のマクロステップ形成がIQEに悪影響を与え、その程度も同等であった。ただし、低オフ角試料におけるIQEはa軸オフの方が若干良い傾向が見られた。加えて、平坦部(テラス領域)のIQEへの影響を暗点近傍の実効拡散長評価から類推し、オフ方向の違いによるIQE変化について考察を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
低温SNOM-PL法を用いたInGaN SL/MT-GaN複合層をピット形成層に用いたMQW構造における転位近傍のポテンシャル障壁評価については、得られた結果をまとめる。
オフ方向が異なるAlGaN MQWにおけるオフ角とIQEの相関についての考察を深めるために、平坦部(テラス領域)のIQEへの影響について暗点近傍の実効拡散長評価を行っており、a軸オフ試料において実効拡散長のオフ角依存性が見られている。更に実効拡散長の温度依存性を評価することにより、実効拡散長を支配している主因を類推し、オフ方向、オフ角の違いがIQEに与える機構を明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
実験装置の故障修理に充当すべく執行する予定であったが、海外メーカーによる故障修理対応に想定以上の時間を要した。このため計画していた実験の一部を遂行できなかった。このため研究期間の延長を申請し、当初計画通り故障修理に充当する。装置復旧後に計画していた実験を遂行する予定である。
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