2013 Fiscal Year Annual Research Report
AlN系へテロ構造の結晶成長と紫外発光デバイス応用に関する研究
| Project/Area Number |
25246022
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
|---|
Principal Investigator |
谷保 芳孝 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 特別研究員 (20393738)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊倉 一英 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (00393736)
平間 一行 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究主任 (50434329)
山本 秀樹 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (70393733)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 結晶成長 / 半導体物性 / 窒化物半導体 / 発光デバイス / 紫外 |
|---|
| Research Abstract |
高品質AlN系ヘテロ構造の成長に向けて高温MOCVDの開発に取り組んだ。AlN系のMOCVDでは原料ガスの気相反応が問題であるが、反応炉内のノズル形状の最適化を行うことで原料ガスの気相反応を抑制し、原料の供給効率を高めた。その結果、1400℃以上の高温下においても、デバイス構造の作製が可能なまでに成長速度を高速化することができた。
AlGaN系量子井戸の発光特性の結晶面方位依存性を評価した。非極性M面AlGaN量子井戸では、異方性歪に由来する強い偏光性と内部電場が発生しないため、従来の極性C面AlGaN量子井戸よりも強く発光することをフォトルミネッセンス測定により示した。さらに、デバイス化を進め、非極性M面AlGaN量子井戸LEDからの深紫外発光を実現した。また、非極性M面AlGaN量子井戸LEDはデバイス応用に適した等方的な放射特性を有し、その放射特性はAlGaNの偏光性から説明できることを示した。
立方晶BN（c-BN）の単結晶成長に取り組んだ。窒化物半導体の薄膜成長に広く用いられているMOCVDやラジカルソースMBEでは、sp2結合からなる層状BN（h-BN）が優先的に形成する。そこで、イオンビームアシストMBEを開発し、sp3結合からなるc-BNのMBE成長に成功した。そして、イオンビームアシストMBEにおけるc-BNの成長相図を作成し、単結晶c-BN成長の指針を与えるとともに sp3結合相の優先的形成には加速イオンによるsp2結合相の選択的エッチングが重要であることを明らかにした。また、MBE装置の高温化改造を行い、高温成長によりc-BNの結晶性が向上することを確認した。c-BNはAlN系半導体と同じ結合構造を持つため、新規AlN/BN系ヘテロ構造デバイスの創出が期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高品質AlN系ヘテロ構造の成長に向けて、高温MOCVD装置の改良に取り組んだ結果、当初の計画どおり、1400℃以上の高温下でもAlN系半導体の結晶成長が可能な高温MOCVD技術を構築した。ただし、高温成長時におけるAlN系ヘテロ構造の結晶成長機構を解明するまでには至らなかった。
高温MOCVDの開発に時間が掛かり、AlN系材料のドーピングプロファイルを評価するための電気化学エッチングC-V測定装置（ECV）の構築に関しては当初の計画より遅れている。
AlN系量子井戸の発光制御を目的に、非極性M面AlGaN量子井戸の結晶成長を行い、従来の極性C面AlGaN量子井戸よりも強く発光することを示した。さらには、非極性M面AlGaN量子井戸LEDの動作を世界に先駆けて成功するまでに至り、当初の計画以上に進展した。
AlN系新規ヘテロ構造に向けて材料探索を始めたところ、c-BNの単結晶成長の可能性が見えてきたため、イオンビームアシストMBE装置の高温化を早急に行い、単結晶c-BNの結晶性を向上させた。ドーピング制御、急峻なヘテロ界面形成、デバイス作製が一般的に可能なMBEによりc-BNの単結晶成長が可能になり、当初の計画以上に進展させることができた。
以上、全体としては計画通りにおおむね順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
高温成長時におけるAlN系ヘテロ構造の結晶成長機構に関する知見を得ることにより成長過程を意図的に制御し、AlNの低欠陥化とそれによる深紫外AlGaN量子井戸LEDの高効率化を図る。
非極性M面AlNのMOCVD成長を系統的に調べることにより、非極性面におけるAlNの成長機構、非極性AlGaN量子井戸の発光物理の解明に取り組む。
AlN系材料のドーピング機構を解明するため、電気化学エッチングC-V測定装置（ECV）に深紫外光源を搭載する改造を施し、AlN系材料のドーピングプロファイル評価手法を構築する。
昨年度に改良したフォトルミネッセンス測定系を用いて、AlNおよびAlGaN量子井戸の強励起発光機構の解明と光励起レーザ発振に取り組む。
c-BN系ヘテロ構造の作製と物性評価を行い、デバイス応用の可能性を調べる。
|
