ケミカル・リフト・オフを活用した縦型超高輝度紫外LEDへの展開

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360001
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 八百 隆文 Tohoku University, 学際科学国際高等研究センター, 客員教授 (60230182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 克司 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 客員准教授 (80444016) ; 後藤 武生 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 名誉教授 (10004342) ; 小池 佳代 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 技術補佐員 (80532423)
• Keywords: 窒化物半導体 / 発光ダイオード(LED) / GaN / AlGaN / InGaN / CrN / ケミカルリフトオフ / 窒化

Research Abstract

スパッタCr膜窒化によるCrNバッファー層形成条件の最適化を目標として、以下の研究を実施した:(1)窒化条件の最適化:成長温度(1000-1500℃)と時間(0-5時間)、反応管の圧力、NH3流量等の最適化を行い、CrNナノ微結晶の表面モルフォロジとCrNの結晶性の向上を図る。(2)CrNバッファー層とGaN結晶性の相関。(3)サファイヤ基板/CrN/GaNバッファー界面における転位及び欠陥評価。(4)これらを通して、CrN層上のGaN層の最適成長条件を確立する。
すなわち、スパッタリング法でc面サファイヤ基板上に金属Cr膜を成膜し、HVPE炉内あるいはMOCVD炉内でNH3により窒化しCrNバッファ層を形成する。サファイヤ基板上に金属Cr膜を成膜後NH3雰囲気で1000℃以上の高温で行った窒化プロセスによって{100}ファセット面を持つ三角錐ナノ結晶構造CrNが形成することを確認した。さらに、窒化条件によって三角錐ナノ結晶の大きさは数十nm～数百nmまで制御可能であることがわかった。次いで、CrN三角錐ナノ結晶のサイズを窒化時間で制御を可能にした。これらの結果を基にして、均一なナノ結晶の大きさと表面密度を制御する窒化条件、即ち、窒化温度、窒化反応管の圧力、NH3の流量等の最適化条件を得た。また、CrN形成後のGaN結晶成長段階において、CrNナノ微結晶サイズの最適化を行い、横方向選択成長モードによる低欠陥GaNを実現した。現在、界面ストレスおよびGaN結晶性に与える影響を顕微フォトルミネッセンス、顕微ラマン散乱等で詳細に検討しており、これらの知見を基にして、詳細な成長条件の最適化を図って行く。

Research Products

• [Journal Article] (2010)
  • Author(s): 八百隆文、藤井克司、神門賢二
  • Journal Title: 発光ダイオード(朝倉書店) Pages: 1-352
• [Journal Article] Leakage current improvement of nitride-based light emitting diodes using CrN buffer layer and its vertical type application by chemical lift-off process (2009)
  • Author(s): Fujii K, Lee S, Ha JS, Lee HJ, Lee HJ, Lee SH, Kato T, Cho MW, Yao T
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94 Pages: 242108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray photoelectron spectroscopy study on the CrN surface grown on sapphire substrate to control the polarity of ZnO by plasma-assisted molecular beam epitaxy (2009)
  • Author(s): Chang JH, Jung MN, Park JS, Park SH, Im IH, Lee HJ, Ha JS, Fujii K, Hanada T, Yao T, Murakami Y, Ohtsu N, Kil GS
  • Journal Title: Applied Surface Science 255 Pages: 8582-8586
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lattice strain in bulk GaN epilayers grown on CrN/sapphire template (2009)
  • Author(s): Lee SW, Ha JS, Lee HJ, Lee HJ, Goto H, Hanada T, Goto T, Fujii K. Cho MW. Yao T
  • Journal Title: Applied Physics Letters 94 Pages: 082105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydride vapor phase epitaxy of GaN on the vicinal c-sapphire with a CrN interlayer (2009)
  • Author(s): Lee HJ, Ha JS, Lee HJ, Lee SW, Lee SH, Goto H, Hong SK, Cho MW, Yao T, Fujito K, Shimoyama K, Namita H, Nagao S
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 470-473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2000)
  • Author(s): T.Yao, S.K.Hong
  • Journal Title: Oxide and Nitride Semiconductors(Springer) Pages: 1-517
• [Presentation] Growth of free-standing GaN substrates(Invited) (2010)
  • Author(s): HJ Lee, SW Lee, JS Ha, C Kim, JH Chang, K Fujii, T Yao
  • Organizer: SPIE Photonics West
  • Place of Presentation: The Moscone Center, San Francisco, USA
  • Year and Date: 2010-01-25