2013 Fiscal Year Research-status Report
窒化物半導体の変調エピタキシャル成長と深紫外発光制御
| Project/Area Number |
24560010
|
|---|
| Research Institution | Mie University |
|---|
Principal Investigator |
三宅 秀人 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70209881)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平松 和政 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50165205)
直井 弘之 和歌山工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (10373101)
|
|---|
| Keywords | 窒化物半導体 / AlGaN / AlN / MOVPE / 紫外光源 / 組成変調 |
|---|
| Research Abstract |
本年度の研究では、計画に従って、１）成長条件による変調２）AlN下地結晶の結晶性の影響を明らかにした。
１）成長条件による変調：
原料供給III族比を一定に成長温度を高温から低温に変えることでAlGaN組成は高Al組成層から低Al組成層に変化して，発光波長も連続的に変化させた。1140-1190℃の成長温度で厚膜AlGaNと量子井戸構造を成長し、240nmから290nmの発光を得た。さらに、AlNとAlGaN層との格子歪みの低減を目的に、AlN/Sapphire (0001)基板上にMOVPE法で1450 ℃でAlN成長,1170 ℃で緩衝層として高Al組成AlGaNを2層,SiドープAlGaNを堆積し,その後井戸層と障壁層両方にSiドープしたAlGaN多重量子井戸を作製した。また,同条件で緩衝層を1450℃から1170℃まで温度を徐々に下げながらAlGaNを成長させた構造も作製し比較した.2層構造AlGaN試料においてIQEは58 %と高い値が得られた. これは,刃状転位密度の減少によるものと考えられる.
２)AlN下地結晶の結晶性の影響：結晶性が200 arcsecであるAlN/sapphire(0001)基板と比較として結晶性がそれぞれ300arcsec、500arcsec AlN/sapphire(0001)基板でもAlGaN多重量子井戸構造を作製した。下地基板の結晶性が良いものほど、発光強度が増大していた。またAFM像の観察からは、結晶性の良い下地基板ほど表面は凹凸の形が大きくなっていることが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
１）成長条件による変調２）AlN下地結晶の結晶性の影響を明らかにした。
研究は、当初予定していた事項については予定通りに完了した。さらに、AlNの結晶性を向上する以下の研究を開始した。
MOVPE装置により行った。従来の成長法においては、加熱温度は1500℃程度が上限であるが、サファイア上のAlNの結晶核を形成した場合、その結晶核は小さく、結果的に転位密度は10^10cm^-2程度と非常に高い。そこで、c面サファイア基板上に膜厚100-3000 nmのAlN緩衝層を，リアクタ圧力30 Torrで成長温度を800-1250℃と変化させて成長させた。その後、成長させたAlN緩衝層をN2-CO雰囲気でアニール温度を1500-1750℃変化させて2時間のアニールを行った。さらに，それぞれの条件でアニールしたAlN緩衝層上に，膜厚2 μmのHT-AlN膜を1450℃で成長を行った。サファイアのクリーニング条件、AlN緩衝層の堆積条件を最適化し、N2-CO雰囲気で1700 ℃で2時間の熱処理を行うことで(0002)回折のFWHMが50arcsec以下、(10-12)回折のFWHMが200arcsec以下を実現した。この値はサファイア上AlNでは世界最高の値である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
24-25年度研究を基に，AlGaN混晶の制御を確立し，AlGaN多重量子井戸構造の作製で，組成や膜厚を制御する基礎となる成長パラメータを明らかにする。具体的には、膜厚が数nmの超格子構造における成長温度・原料供給変調を行い、組成や膜厚を制御する基礎となる成長パラメータを明らかにする。
また，以上の結果を応用する光源として，電子線励起の250-260nm単色発光光源，240-280nm帯の広帯域発光光源を試作する。また，280nm帯の受光素子としても応用も検討する。
|
