深紫外光透過性発現メカニズム解明による実用的バルク窒化アルミニウム結晶の創出

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24360006
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 熊谷 義直 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20313306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 尚 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 窒化アルミニウム / 転位密度 / 深紫外光透過性 / HVPE法 / 不純物 / 深紫外線LED

Outline of Annual Research Achievements

平成24、25年度の研究により、波長約200 nm以上の深紫外光を透過する高純度・低転位密度（<1000個/平方cm）な窒化アルミニウム（AlN）単結晶基板を実用化でき、その深紫外光透過性が低い炭素不純物濃度により発現することを明らかにすると共に、本AlN単結晶基板上に高出力な窒化アルミニウム・ガリウム（AlGaN）系深紫外線LEDを作製可能であることを実証した。またAlNの結晶性が高いまま維持される成長条件のウィンドウを検討し、1450℃で50ミクロン毎時の成長を達成した。
平成26年度は、AlN成長速度を増加させた際に生じる4.9 eVを中心とする吸収バンド発生の原因を解明した。様々な成長速度で成長したAlN結晶の光透過スペクトルおよび不純物濃度解析より、高成長速度の場合にシリコン（Si）不純物濃度が1桁高くなることが確認された。この原因がAlNの気相成長の原料である塩化アルミニウムガスと石英反応管の反応によるSi汚染と考え、反応管中で高温となり、かつ、塩化アルミニウムガスと接する部分を窒化ホウ素（BN）でコートすることでこれを抑制し、吸収バンドが消失した。さらに、高純度AlN成長条件下にて意図的なSiドーピングを行って成長したAlNバルク結晶の電気的特性の解析から、Siドーピングと同時にAlN結晶中に高濃度のアクセプタ型点欠陥（アルミニウム原子空孔）が形成されることが分かった。以上の基礎的な研究成果の積み上げにより、AlN単結晶基板の製造技術が完全なものとなった。これら一連の成果は産学で大変注目され、平成26年度中に国際会議3件、国内会議1件で成果が招待講演となった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The role of the carbon-silicon complex in eliminating deep ultraviolet absorption in AlN (2014)
  • Author(s): B. E. Gaddy, Z. Bryan, I. Bryan, J. Xie, R. Dalmau, B. Moody, Y. Kumagai, T. Nagashima, Y. Kubota, T. Kinoshita, A. Koukitu, R. Kirste, Z. Sitar, R. Collazo, and D. L. Irving
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 104 Pages: 202106-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4878657
  • Peer Reviewed
• [Presentation] High-purity and highly-transparent AlN bulk crystal growth for UVC LED application by HVPE (2015)
  • Author(s): Y. Kumagai, T. Nagashima, T. Kinoshita, R. Togashi, R. Yamamoto, B. Moody, H. Murakami, R. Collazo, A. Koukitu and Z. Sitar
  • Organizer: 2015 Photonics West
  • Place of Presentation: The Moscone Center, San Francisco, California, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-02-09
  • Invited
• [Presentation] Predicted Properties of Point Defects and Complexes in AlN and AlGaN (2014)
  • Author(s): B. E. Gaddy, Z. Bryan, I. Bryan, R. Kirste, J. Xie, R. Dalmau, B. Moody, Y. Kumagai, T. Nagashima, Y. Kubota, T. Kinoshita, A. Koukitu, R. Collazo, Z. Sitar and D. L. Irving
  • Organizer: 2014 MRS Fall Meeting and Exhibit
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, Boston, Massachusetts, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] HVPE法によるAlN/sapphireテンプレート上へのSiドープAlN成長の検討 (2014)
  • Author(s): 田中凌平，東城俊介，額賀俊成，富樫理恵，永島徹，木下亨，Baxter Moody，村上尚，Ramon Collazo，熊谷義直，纐纈明伯，Zlatko Sitar
  • Organizer: 応用物理学会第3回結晶工学未来塾
  • Place of Presentation: 学習院創立百周年記念会館（東京都豊島区）
  • Year and Date: 2014-11-13
• [Presentation] Performance and Reliability of Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Fabricated on AlN Substrates Prepared by Hydride Vapor Phase Epitaxy (2014)
  • Author(s): 木下亨，小幡俊之，永島徹，柳裕之，Baxter Moody，三田清二，井上振一郎，熊谷義直，纐纈明伯，Zlatko Sitar
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-18
  • Invited
• [Presentation] AlNのHVPE高温ホモエピタキシャル成長における基板昇降温時表面劣化の原因 (2014)
  • Author(s): 東城俊介，田中凌平，額賀俊成，富樫理恵，永島徹，木下亨，Baxter Moody，村上尚，Ramon Collazo，熊谷義直，纐纈明伯，Zlatko Sitar
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] Characterizing The Role of Point Defects and Complexes in UV Absorption and Emission in AlN (2014)
  • Author(s): B. E. Gaddy, Z. A. Bryan, I. S. Bryan, R. Kirste, J. Xie, R. Dalmau, B. Moody, Y. Kumagai, T. Nagashima, Y. Kubota, T. Kinoshita, A. Koukitu, R. Collazo, Z. Sitar and D. L. Irving
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • Place of Presentation: Centennial Hall, Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2014-08-27
• [Presentation] Growth of AlN by Hydride Vapor Phase Epitaxy (2014)
  • Author(s): Y. Kumagai, T. Nagashima, T. Kinoshita, B. Moody, R. Togashi, H. Murakami, R. Collazo, A. Koukitu and Z. Sitar
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • Place of Presentation: Centennial Hall, Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2014-08-26
  • Invited
• [Presentation] Growth of Si-Doped AlN Layers by Hydride Vapor Phase Epitaxy (2014)
  • Author(s): R. Tanaka, S. Tojo, T. Nukaga, T. Nagashima, T. Kinoshita, B. Moody, R. Togashi, H. Murakami, R. Collazo, Y. Kumagai, A. Koukitu and Z. Sitar
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • Place of Presentation: Centennial Hall, Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2014-08-26
• [Presentation] Investigation of Ambient Gas after High-Temperature Growth of AlN by Hydride Vapor Phase Epitaxy (2014)
  • Author(s): S. Tojo, R. Tanaka, T. Nukaga, T. Nagashima, T. Kinoshita, B. Moody, R. Togashi, H. Murakami, R. Collazo, Y. Kumagai, A. Koukitu and Z. Sitar
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • Place of Presentation: Centennial Hall, Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2014-08-26
• [Presentation] HVPE法によるAlN単結晶自立基板の作製とそのデバイス応用 (2014)
  • Author(s): 熊谷義直，永島徹，木下亨，村上尚，纐纈明伯
  • Organizer: 日本結晶成長学会ナノ構造・エピタキシャル成長分科会 第6回窒化物半導体結晶成長講演会
  • Place of Presentation: 名城大学天白キャンパス（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-07-25
  • Invited
• [Presentation] AlN高温HVPE成長における基板昇降温プロセスが表面に与える影響 (2014)
  • Author(s): 東城俊介，田中凌平，額賀俊成，富樫理恵，永島徹，木下亨，Baxter Moody，村上尚，Ramon Collazo，熊谷義直，纐纈明伯，Zlatko Sitar
  • Organizer: 日本結晶成長学会ナノ構造・エピタキシャル成長分科会 第6回窒化物半導体結晶成長講演会
  • Place of Presentation: 名城大学天白キャンパス（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-07-25
• [Presentation] AlN/sapphireテンプレート上へのSiドープAlN層のHVPE成長の検討 (2014)
  • Author(s): 田中凌平，東城俊介，額賀俊成，富樫理恵，永島徹，木下亨，Baxter Moody，村上尚，Ramon Collazo，熊谷義直，纐纈明伯，Zlatko Sitar
  • Organizer: 日本結晶成長学会ナノ構造・エピタキシャル成長分科会 第6回窒化物半導体結晶成長講演会
  • Place of Presentation: 名城大学天白キャンパス（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-07-25
• [Presentation] MOCVD growth of AlGaN alloy for DUV-LEDs (2014)
  • Author(s): T. Kinoshita, T. Obata, T. Nagashima, H. Yanagi, B. Moody, S. Inoue, Y. Kumagai, A. Koukitu, R. Collazo, and Z. Sitar
  • Organizer: 17th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy
  • Place of Presentation: EPFL, Lausanne, Switzerland
  • Year and Date: 2014-07-15
  • Invited
• [Presentation] Deep UV-LEDs Fabricated of on HVPE-AlN Substrates (2014)
  • Author(s): T. Kinoshita, T. Obata, T. Nagashima, H. Yanagi, B. Moody, R. Collazo, S. Inoue, Y. Kumagai, A. Koukitu and Z. Sitar
  • Organizer: 5th International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • Place of Presentation: The Westin Peachtree Plaza, Atlanta, Georgia, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-05-21
  • Invited
• [Presentation] Hydride Vapor Phase Epitaxy and Doping of AlN (2014)
  • Author(s): Y. Kumagai, T. Nagashima, T. Kinoshita, B. Moody, R. Togashi, H. Murakami, R. Collazo, A. Koukitu and Z. Sitar
  • Organizer: 5th International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • Place of Presentation: The Westin Peachtree Plaza, Atlanta, Georgia, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-05-19
  • Invited