2014 Fiscal Year Research-status Report
化学リフトオフ技術を用いたGaN系集積化面発光素子製作検討
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25420341
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Research Institution | Kogakuin University |
Principal Investigator |
本田 徹 工学院大学, 工学部, 教授 (20251671)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 智広 工学院大学, 工学部, 准教授 (50454517)
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Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | GaN / 発光ダイオード / MBE / 結晶成長 / リフトオフ / 透明電極 / 酸化物 / x線回折 |
Outline of Annual Research Achievements |
C面4H-SiCおよびサファイア基板を用いてAl単結晶成長を試みた。現時点では4H-SiC基板よりもコスト的に優れるサファイア基板を中心に検討を進めた。分子線エピタキシャル成長法(MBE)法を採用し、Al結晶層から一貫してGaNを成長した。また、0.2 µm程度のAl結晶上に成長したGaN薄膜は超音波を用いたリフトオフが可能である。Alの表面窒化後GaN薄膜成長を行うことがAl結晶を成長後に残す上で重要であるが、窒化のみではAlNの表面被覆が不十分ではないかと考え、窒化時間の検討およびAlNの追加堆積を検討した。Alの表面窒化に関しては、窒化によりAlNが表面上に形成され、時間とともに被覆率が増大するが、表面平坦性も失われる結果となった。最適時間が存在すると考える。この場合、表面被覆率が十分ではなかった。表面被覆率が低い場合、GaN成長時にGa金属とAl金属が反応し、Alエッチング犠牲層が破壊されることがわかった。そこで、AlNの追加堆積を採用した。この結果、GaN成長後にAl結晶が残ることがわかった。 また、透明電極については、Ga2O3およびGa-In-O薄膜の使用を検討した。溶液法の一種である分子プレカーサ-法による酸化物薄膜の形成を行った。薄膜成長に製作した。GaN発光層の発光波長370nmに対して80%以上の透過率が確認され、抵抗率も10-2 Ω•cm程度を実現している。課題も山積するが、透明電極として使用する場合にはGa-In-O薄膜が有効ではないかとの結論を得ている。また、ショットキー型GaN素子の試作も行った。Ga-In-O薄膜を電極として用いた場合についての実験を行った結果、オン抵抗の若干の上昇が観測されたが、370 nm帯のGaNバント間遷移関連発光が50%以上多く観測され、Ga-In-O薄膜が透明電極として使用できると考えている。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
サファイア基板上結晶Al薄膜の形成および表面窒化、その後のGaN薄膜製作を実現した。しかしながら、Al層とGa金属の反応が確認され、Al犠牲層にダメージを与えていた。そこで、AlN追加堆積層の挿入を計ったところ、Al結晶を残したまま、GaN薄膜の成長が安定的に実現できることを明らかにした。 Ga-In-O薄膜を利用した透明電極について検討を行い、光学的透明性および抵抗率について評価を行った。透明性については十分素子応用が可能である結果を得た。また、抵抗率については、低抵抗化の検討が必要であるが10E-2 Ωcm程度のものを実現した。GaN系ショットキー型発光素子に搭載した結果、GaNバンド端発光に起因するエレクトロルミネッセンス強度が50%増大する結果を得た。この結果は、Ga-In-O薄膜が近紫外透明導電膜として機能する可能性を示唆するものである。
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Strategy for Future Research Activity |
おおむね順調に研究が推移している。しかしながら、新たに判明したGaN結晶成長上の課題解決に注力し、その後、予定通り発光ダイオードの試作および素子構造検討を行う。 結晶Al薄膜上GaNの分子線エピタキシャル成長に関しては、立方晶GaNの混入および積層欠陥の低減を中心に研究を進める。また、化学リフトオフについては、Al薄膜の膜厚依存性および素子分離技術による均一なリフトオフの実現を検討する。また、透明電極に関しては、低抵抗化を進めるため、不純物添加の可能性を検討する。 素子の電流リークパスが再現性に影響を与える可能性があるので、逆方向電流リークパスをふさぐ手法についても検討を進める。手法としては、これまでに行ってきたAlフェースパック法を基に考える。
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Research Products
(81 results)
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[Journal Article] Cathodoluminescence spectra of Ga–In–O polycrystalline films fabricated by molecular precursor method2014
Author(s)
T. Onuma, T. Yasuno, S. Takano, R. Goto, S. Fujioka, T. Hatakeyama, T. Oda, H. Hara, C. Mochizuki, H. Nagai, T. Yamaguchi, M. Sato and T. Honda
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 53
Pages: 05FF02
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 六方晶GaN中に挿入した一分子層InNの構造完全性による影響2014
Author(s)
渡邊 菜月, 多次見 大樹, 尾沼 猛儀, 山口 智広, 本田 徹, 橋本 直樹, 草部 一秀, 王 科, 吉川 明彦
Organizer
第3回応用物理学会結晶工学分科会結晶工学未来塾
Place of Presentation
学習院大学, 豊島区, 東京
Year and Date
2014-11-03 – 2014-11-03
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[Presentation] Mist chemical vapor deposition growth of α-(AlGa)2O32014
Author(s)
T. Hatakeyama, K. Tanuma, S. Osawa, Y. Sugiura, T. Onuma, T. Hirasaki, H. Murakami, T. Yamaguchi and T. Honda
Organizer
The joint symposiums of the 1st Innovation Forum of Advanced Engineering and Education (IFAEE)
Place of Presentation
Kogakuin University, Tokyo, Japan
Year and Date
2014-11-01 – 2014-11-02
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[Presentation] Mist chemical vapor deposition of Ga-In-O films2014
Author(s)
K. Tanuma, T. Hatakeyama, R. Goto, T. Onuma, T. Yamaguchi and T. Honda
Organizer
The joint symposiums of the 1st Innovation Forum of Advanced Engineering and Education (IFAEE)
Place of Presentation
Kogakuin University, Tokyo, Japan
Year and Date
2014-11-01 – 2014-11-02
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[Presentation] Ga2O3基板の光学特性評価2014
Author(s)
尾沼 猛儀, 山口 智広, 伊藤 雄三, 本田 徹, 佐々木 公平, 増井 建和, 東脇 正高
Organizer
ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会第91回研究会「酸化物材料の最近の進展」
Place of Presentation
京都大学東京オフィス, 品川, 東京
Year and Date
2014-09-26 – 2014-09-26
Invited
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[Presentation] Kelvin force microscopic study on GaN layers grown on (111)Al templates by RF-MBE2014
Author(s)
T. Honda, T. Yamaguchi, Y. Sugiura, D. Isono, Y. Watanabe, S. Osawa, D. Tajimi, T. Iwabuchi, S. Kuboya, T. Tanikawa, R. Katayama and T. Matsuoka
Organizer
18th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE 2014)
Place of Presentation
High Country conference center Flagstaff, Arizona, USA
Year and Date
2014-09-07 – 2014-09-12
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[Presentation] Growth of pn-GaInN structures by RF-MBE and fabrication of homojunction-type light emitting diodes2014
Author(s)
K. Narutani, T. Yamaguchi, K. Wang, T Araki, Y. Nanishi, L. Sang, M. Sumiya, S. Fujioka, T. Onuma and T. Honda
Organizer
18th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE 2014)
Place of Presentation
High Country conference center Flagstaff, Arizona, USA
Year and Date
2014-09-07 – 2014-09-12
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[Presentation] Optical properties of GaInN p-n homojunction blue-green light-emitting-diodes2014
Author(s)
T. Onuma, K. Narutani, S. Fujioka, T. Yamaguchi, K. Wang, T. Araki, Y. Nanishi, L. Sang, M. Sumiya, T. Honda
Organizer
International Union of Materials Research Societies, International Conference in Asia 2014 (IUMRS-ICA 2014)
Place of Presentation
Fukuoka, Japan
Year and Date
2014-08-25 – 2014-08-25
Invited
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[Presentation] Mist CVDを用いた酸化物薄膜成長2014
Author(s)
畠山 匠, 山口 智広, 本田 徹
Organizer
37th International Symposium on Optical communications
Place of Presentation
Fuji Calm, Fuji-Yoshida, Yamanashi, Japan
Year and Date
2014-08-09 – 2014-08-11
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[Presentation] 疑似Al基板上に成長したGaN薄膜の特性評価2014
Author(s)
渡邉 悠斗, 山口 智広, 本田 徹
Organizer
37th International Symposium on Optical communications
Place of Presentation
Fuji Calm, Fuji-Yoshida, Yamanashi, Japan
Year and Date
2014-08-09 – 2014-08-11
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[Presentation] GaN層のケミカルリフトオフに向けたAlの膜厚検討2014
Author(s)
大澤 真弥, 山口 智広, 本田 徹
Organizer
37th International Symposium on Optical communications
Place of Presentation
Fuji Calm, Fuji-Yoshida, Yamanashi, Japan
Year and Date
2014-08-09 – 2014-08-11
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[Presentation] GaInNからの蛍光発光と結晶性の相関2014
Author(s)
豊満 直樹, 山口 智広, 本田 徹
Organizer
37th International Symposium on Optical communications
Place of Presentation
Fuji Calm, Fuji-Yoshida, Yamanashi, Japan
Year and Date
2014-08-09 – 2014-08-11
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[Presentation] 厚膜GaInN成長とホモ接合型青緑LEDsの製作2014
Author(s)
鳴谷 健人, 山口 智広, 本田 徹
Organizer
37th International Symposium on Optical communications
Place of Presentation
Fuji Calm, Fuji-Yoshida, Yamanashi, Japan
Year and Date
2014-08-09 – 2014-08-11
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[Presentation] RF-MBE法によるGaInN厚膜成長とpnホモ接合型LEDの製作2014
Author(s)
鳴谷 建人, 山口 智広, Ke Wang, 荒木 努, 名西 憓之, Liwen Sang, 角谷 正友, 藤岡 秀平, 尾沼 猛儀, 本田 徹
Organizer
第6回窒化物半導体結晶成長講演会
Place of Presentation
名城大学, 名古屋市, 愛知
Year and Date
2014-07-26 – 2014-07-26
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[Presentation] Blue-green light emitting diodes using pn-GaInN homojunction type-structure2014
Author(s)
K. Narutani, T. Yamaguchi, K. Wang, T. Araki, Y. Nanishi, L. Sang, M. Sumiya, S. Fujioka, T. Onuma and T. Honda
Organizer
The 33rd Electronic Materials Symposium
Place of Presentation
Laforet Shuzenji, Shizuoka, Japan
Year and Date
2014-07-09 – 2014-07-11
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[Presentation] Optical Properties of Ga-In-O Polycrystalline Films Fabricated by Molecular Precursor Method2014
Author(s)
T. Onuma, T. Yasuno, S. Takano, R. Goto, S. Fujioka, T. Hatakeyama, H. Hara, C. Mochizuki, H. Nagai, T. Yamaguchi, M. Sato, and T. Honda
Organizer
Conference on LED and Its Industrial Application ’14 (LEDIA’14)
Place of Presentation
Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
Year and Date
2014-04-22 – 2014-04-25
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[Presentation] RF-MBE Growth of pn-GaInN Structure and Fabrication of Blue-Green Homojunction-Type Light Emitting Diode2014
Author(s)
K. Narutani, T. Yamaguchi, K. Wang, T. Araki, Y. Nanishi, L. Sang, M. Sumiya, S. Fujioka, T. Onuma, and T. Honda
Organizer
Conference on LED and Its Industrial Application ’14 (LEDIA’14)
Place of Presentation
Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
Year and Date
2014-04-22 – 2014-04-24
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