2014 Fiscal Year Annual Research Report
In系窒化物混晶半導体材料に関する結晶成長基盤技術の高度化
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25706020
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
山口 智広 工学院大学, 工学部, 准教授 (50454517)
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2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / MBE、エピタキシャル / 電子・電気材料 / 半導体物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高品質In系窒化物混晶半導体結晶を再現性良く得るための結晶成長メカニズムの解明および制御を行い、結晶成長基盤技術の高度化を図ることを研究目的としている。具体的な目標として、申請者が確立した分子線エピタキシー（MBE）法を用いた再現性の高い高品質InN結晶成長手法（DERI法）を主として用い、長波長系光デバイス構造製作に必須となる高In組成InGaN(In組成20%以上)材料に対する高品質InGaN成長技術の確立、p型ドーピング制御技術の確立、及び、表面バンド構造制御技術の確立を掲げている。
昨年度は、同結晶成長技術にて製作したpn-InGaN薄膜を用いて、LED構造の試作を行った。その結果、リーク電流は多いものの波長500 nm付近からの明瞭な青緑色発光を確認した。同LEDは、文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」を活用して、物質・材料研究機構において製作を行った。
今年度は、InGaN厚膜化による転位低減および結晶高品質化、また、同高品質厚膜InGaN下地層上へのpn接合構造の形成を行った。残念ながらMBEの装置状態が思わしくなく再現性ある結晶成長が行えず、結果、デバイス特性の下地層厚さ依存性を確認するまでには至らなかった。一方で、並行して、研究室内において、LEDデバイスプロセス（フォトリソグラフィー・ICPエッチング・電極形成）が行えるように準備を進めた。ICPエッチング装置を用いたエッチングでは、GaNとInNのエッチングを行い、同条件下でエッチングを行っても両者にエッチング速度の違いが生じること、エッチング時の基板温度依存性でも両者に大きな違いがあることを確認した。また、表面バンド構造の制御を目的として、ミストCVD法による酸化物成長(Ga2O3、In2O3、およびその混晶等)を行った。
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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
昨年度、結晶表面の平坦性は保ちつつ相分離のないInGaN結晶の製作に成功し、当初検討課題には設定していなかったpn-InGaNのLED構造の製作と評価についても実施することができた。今年度は、その結果を活用し、DERI法を用いて厚膜のInGaN下地層の成長、および同層上へのpn接合構造の形成を行った。残念ながらMBE装置状態が思わしくなく、予定しただけの実験を行いデータが得るまでには至らなかった。本実験課題については来年度も継続して行っていく。
一方で、並行して、研究室内において、LEDデバイスプロセス（フォトリソグラフィー・ICPエッチング・電極形成）が行えるように着々と準備を進めた。各プロセス条件の最適化が実現されれば、デバイス特性の観点からの結晶成長技術高度化への研究フィードバックが可能となると期待している。ICPエッチングにおいては、GaNとInNのエッチング特性の類似点・相違点を確認することができた。これらを基盤にInGaN混晶時には組成により、それらの特性がどのようなふるまいを示すか理解できる期待がもたれる。また、InGaNエッチングのふるまいの観点から、InGaN分解形態を理解でき、それらを結晶成長にフィードバックできる期待がもたれる。
また、表面バンド構造の制御を目的として、ミストCVD法による酸化物成長を行った。これまで、サファイア上へのGa2O3、In2O3、およびその混晶等の様々な酸化物半導体の薄膜成長に成功している。これにより、この成長技術を表面電荷蓄積層を有するInNおよびInGaN上への成長に展開していく準備が整った。
以上のように、今年度は研究主課題であるMBE結晶成長においては達成度は低かったものの、全体の達成度として、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
InGaNの結晶成長基盤技術の高度化を図りながら、結晶成長からLED製作までを一貫して行う研究スタイルを構築および継続して行っていく。特に今年度行えなかったInGaN下地層の厚さ依存性の観点からのデバイス特性評価を行い、それらの結果を踏まえ、InGaN成長時の転位の挙動、それらのデバイス特性への影響、それらの低減化への試み等へと展開していきたい。
また、研究室内においてLEDデバイスプロセス（フォトリソグラフィー・ICPエッチング・電極形成）の最適化を達成することにより、デバイス特性の観点からの結晶成長技術高度化への研究フィードバックプロセスの確立をめざしたい。
さらに、申請時の研究計画内にある通り、ミストCVD法による酸化物結晶成長も行い、酸化物膜による表面電荷蓄積層低減効果についても試みたい。なお、本課題は、表面電荷蓄積層の低減化の観点だけでなく、In系混晶半導体成長に広く用いられるサファイア基板に代わる新しい基板（もしくはテンプレート）の開拓への展開も含んでいると期待している。
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Research Products
(24 results)
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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
Arizona, USA
Year and Date
2014-09-09
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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
Fujuoka, Japan
Year and Date
2014-08-25
Invited
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