原子ステップ制御エピタキシ-による高輝度SiC青色発光ダイオ-ドの開発

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63850060
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松波 弘之 京都大学, 工学部, 教授 (50026035)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉本 昌広 京都大学, 工学部, 助手 (20210776) ; 冬木 隆 京都大学, 工学部, 講師 (10165459)
• Keywords: 広禁制帯幅半導体 / シリコンカ-バイド / 原子ステップ制御エピタキシ- / 青色発光ダイオ-ド / 価電子制御 / 注入効率 / 等電子トラップ

Research Abstract

本研究は広禁制帯幅半導体SiCの特性を活用し、原子ステップ制御エピタキシャル法を用いて低温で良質の単結晶薄膜を成長させ、不純物添加精密御法を確立して高輝度SiC青色発行ダイオ-ドを開発することを目的としている。
結晶方位および傾斜角度を変えることによって、基板表面の原子ステップ形態ならびに面内密度が制御でき、高品位の結晶性を持つ単結晶エピタキシャル層が低温で得られることが明確になった。X線回折法ならびに極低温から室温までのフォトルミネセンスを調べることにより結晶性を評価し、結晶成長条件の最適化を行った。不純物ガスを添加しながら、結晶成長を行いn型、p型のキャリア濃度を制御し電気的電子的特性を評価した。また成長途中での不純物の切り替えを行って、pn型接合を製作した。電気的特性ならびに発光特性の成長条件依存性を検討し、不純物添加量の最適化を行ない注入効率の改善を図ったSiCのような間接遷移型バンド構造を持つ半導体の発光効率増大には母体結晶の品質改善とともに、高い発光遷移確率を持つ等電子トラップの添加が不可欠である。等電子トラップの有無によるpn接合の発光特性を比較して、最大効率を得る等電子トラップの種類、密度を検討した結果、チタン元素が等電子トラップとして有効に働くことを実験的にはじめて確認した。
以上の成果により当初の目的は達成されたと考えられる。今後、発光ダイオ-ドの製作プロセスを確立し、効率よく外部に光を取り出せるダイオ-ド構造の工夫と加工法の改良により素子性能の向上を目指したい。

Research Products

• [Publications] H.MATSUNAMI: "VPE Growth of SiC on Step-Controlled Substrates" Springer Proceedings in Physics. 34. 34-39 (1989)
• [Publications] Woo-Sik Yoo: "Polytype Change of Silicon Carbide at High Temperatures" Springer Proceedings in Physics. 43. 35-39 (1989)
• [Publications] 松波弘之: "3C-SiC基板上の6H-SiCの成長とステップ制御エピタキシ-" 電気学会電子材料研究会資料. EFM89-11. 11-17 (1989)
• [Publications] Woo-Sik Yoo: "Single Crystal Growth of Hexagonal SiC on Cubic SiC by Intentional Polytype Control" Journal of Crystal Growth. (1989)
• [Publications] T.VEDA: "Crystal Growth of SiC by Step-Controlled Epitaxy" Journal of Crystal Growth. (1989)