2014 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 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, 主任研究員 (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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
AlN系ヘテロ構造の高温MOCVD成長を系統的に調査した。非極性面では、原料V/III比を下げることにより、比較的平坦な成長表面が得られた。同じ非極性面でも、M面成長の方がA面よりも、AlGaNの組成制御性が良好であることがわかった。また、成長温度の高温化により、残留不純物濃度を低減できることを示した。ワイドギャップ半導体の共通課題であるドーピングの困難性に対して、点欠陥制御の観点からｐ型AlGaNのMOCVD成長条件を最適化することで正孔濃度を増加させることに成功し、LEDの発光強度を高めた。
AlGaNの発光機構の解明に向けて、AlGaN混晶のバンド端発光の組成依存性を系統的に調べた。
励起子―フォノン相互作用はGaNやAlNよりもAlGaN混晶の方が大きくなることがわかった。特に、組成揺らぎが大きくなる組成域において、励起子―フォノン相互作用が最大化することを示した。
AlN系デバイスプロセスの確立に向けて、これまで報告例がほとんどなかったp型電極材料・プロセスを検討した。Ni系半透明電極を酸化することで、良好なオーミック特性と高い紫外透光性が得られた。
イオンビームアシストMBE成長における立方晶BN（c-BN）薄膜の成長機構の解明に取り組んだ。ダイヤモンド基板上へのBN成長においては、ダイヤモンド表面が酸素終端されているとsp2相のBNが形成しやすいことを明らかにし、ダイヤモンド表面を清浄化することで、sp3相のc-BNを優先的に形成できることを示した。また、成長温度の高温化により双晶の発生が抑制されてc-BN薄膜の結晶性が向上することがわかった。一方、c-BN上へのダイヤモンド薄膜のCVD成長を試みた。ダイヤモンドの安定面と成長条件の関係をもとに、ダイヤモンドの成長初期過程を意図的に制御することで、c-BN薄膜上への単結晶ダイヤモンド薄膜の成長に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
AlGaNの高温MOCVD成長を系統的に調査し、デバイス構造作製に向けた基礎データを着実に蓄積した。
AlN系深紫外LEDの高発光効率化だけでなくLDの実現に向けて、AlGaNのp型ドーピングが大きな課題であるが、点欠陥制御に着目して結晶成長条件を最適化することで、正孔濃度の高いp型AlGaNを得ることができた。
AlN系デバイスプロセスにおいてはp型AlGaN用電極が課題のひとつであるが、オーミック特性と紫外光透過性の良好な電極形成プロセスを開発した。また、酸素・窒素混合雰囲気下での急速加熱が可能な電極アニール炉を導入して、再現性とスループットの高いプロセス技術を構築することができた。
立方晶BN（c-BN）の単結晶薄膜成長を実現後、成長機構に関する理解を深めるとともに、成長条件の最適化を進めて、c-BNの結晶性を向上させることができた。また、c-BNのドーピング制御、新規BN系混晶の成長に向けて、イオンソースMBEの改造を行った。一方、c-BN上へのダイヤモンド単結晶薄膜の成長にも成功したことから、窒化物半導体/ダイヤモンドの新規ヘテロ構造の可能性を拡げることができた。
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 |
AlN系ヘテロ構造の高温MOCVD成長機構の解明に引き続き取り組み、得られた知見をもとに成長過程を意図的に制御し、AlN系ヘテロ構造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。
AlGaN量子井戸の発光物理の解明を進め、深紫外LEDの高発光効率化の指針を得る。また、AlGaN量子井戸の強光励起実験とバンド構造計算から量子井戸構造と光学利得の関係を解明し、AlGaN量子井戸LD構造を設計する。
c-BNのデバイス応用に向けて、電気伝導性制御に取り組む。ドーパント源としては窒化物半導体で一般的に用いられている、SiとMgをそれぞれｎ型ドーパントとｐ型ドーパントとして試す。
AlN とBNの混晶であるAlBNの結晶成長を試みる。BNとAlNは熱力学的に混和性が低いが、熱平衡度の低いMBE成長を用いて、新規AlBN混晶の組成制御に取り組む。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Patent(Industrial Property Rights)] 発光素子2015
Inventor(s)
平間一行, 谷保芳孝, 狩元慎一, 山本秀樹
Industrial Property Rights Holder
平間一行, 谷保芳孝, 狩元慎一, 山本秀樹
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
特願2015-032976
Filing Date
2015-02-23
