III族窒化物半導体を用いた紫外発光デバイスの研究
Project/Area Number |
06J51092
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Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 国内 |
Research Field |
Electronic materials/Electric materials
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Research Institution | Meijo University |
Principal Investigator |
井村 将隆 名城大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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Project Period (FY) |
2006
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2006)
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Budget Amount *help |
¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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Keywords | III族窒化物半導体 / 紫外発光デバイス / AlN / 高温MOVPE法 / 微細構造観察 / 横方向成長技術 / 低転位密度化 / 転位 |
Research Abstract |
III族窒化物半導体を用いた高効率紫外発光デバイスの実現には、転位密度~10^6cm^<-2>オーダーのAlNが必要不可欠である。そこで我々は、成長温度1200℃以上でMOVPE成長させる手法である、高温MOVPE法を用いてAlNの低転位密度化を図った。 成長用基板としては、紫外光に対して透明で、アンモニアや高熱に強いサファイア基板上を用いた。成長温度、成長圧力、成長雰囲気、V/III比を制御して条件の最適化を行ったところ、成長温度1400℃、圧力133hPa、水素雰囲気、V/III比116において6~10μm/h程度の高速成長が可能となり、5×5μm^2AFM像でのRMS指数が0.1nm以下であった。またSIMSによりAlN結晶中の残留不純物である酸素、水素、炭素、シリコンの濃度を測定したところ、すべてのバックグランドレベルにまで低減させることができた。さらにCLによる光学的測定を行なったところ、室温での自由励起子の発光が明瞭に観測できた。しかしながら平面TEMにより転位の微細構造観察を行ったところ、AlN結晶中には、微小角粒界界面にて発生した刃状転位が多数存在しており、さらなる低転位密度化が必要であった。 そこで報告例の無いV/III比により成長核の制御を行い、さらに成長中のV/III比を変調させることで低転位密度なAlNが得られることを見出した。また、そのメカニズムについてTEMを用いて解明を行なった。 次に、選択横方向成長技術をAlN成長に導入することにより、さらなる低転位密度化を試みた。V/III比を制御して低転位密度なAlNを成長させた後、炉から取り出し、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングにより<10-10>方向に、ピッチ6μm、溝幅3μm、深さ3μmのストライプパターンを形成する。その後、ストライプ構造をしたAlNを炉に戻して、AlNの再成長を行なった。得られたAlNは、横方向成長しており、コアレッセンスも問題がないことがわかった。断面TEM像より、再成長初期の転位は窓部に集中していたが、途中で均一化し、表面では、窓部も溝部も明瞭な転位のコントラストは見られなかった。転位密度を計算してみると目標値である~10^6cm^<-2>オーダーのものが得られた。 本研究では、初めて高温MOVPE法によるAlNを詳細に評価し、低転位密度で高純度なAlN結晶を得ることに成功した。現在、本研究で得られたAlNを用い、紫外発光デバイスの検討が行われている。
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Report
(1 results)
Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Epitaxial lateral overgrowth of AlN on trench-pattemed AlN layers2007
Author(s)
M.Imura, K.Nakano, N.Fujimoto, G.Narita, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Journal of Crsytal Growth Vol.298
Pages: 257-260
Related Report
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[Journal Article] High-speed growth of AlGaN having high-crystalline quality and smooth surface by high-temperature MOVPE2007
Author(s)
N.Kato, S.Sato, T.Sumii, N.Fujimoto, N.Okada, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, H.Maruyama, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Journal of Crystal Growth Vol.298(In press)
Pages: 215-218
Related Report
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[Journal Article] Microstructure of thick AlN epilayers grown on sapphire by high temperature MOVPE2006
Author(s)
M.Imura, K.Nakano, T.Kitano, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Physica Status Solidi (a) 203, No.7
Pages: 1626-1631
Related Report
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[Journal Article] High-Temperature Metal-Organic Vapor Phase Epitaxial Growth of AlN on Sapphire by Multi Transition Growth Mode Method Varying V/III Ratio2006
Author(s)
M.Imura, K.Nakano, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, No.11
Pages: 8639-8643
Related Report
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[Journal Article] Microstructure of epitaxial lateral overgrown AlN on trench-pattemed AlN template by high-temperature metal-organic vapour phase epitaxy2006
Author(s)
M.Imura, K.Nakano, T.Kitano, N.Fujimoto, G.Narita, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Applied Physics Letter, Vol.89
Pages: 221901-221902
Related Report
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[Journal Article] Thermodynamic Aspects of Growth of AlGaN by High-Temperature Metal Organic Vapor Phase Epitaxy2006
Author(s)
N.Okada, N.Fujimoto, T.Kitano, G.Narita, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, No.4A
Pages: 2502-2504
Related Report
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[Journal Article] Critical Aspects of High Temperature MOCVD Growth of AlN Epilayers on 6H-SiC Substrates2006
Author(s)
K.Balakrishnan, N.Fujimoto, T.Kitano, A.Bandoh, M.Imura, K.Nakano, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Takagi, T.Noro, K.Shimono, T.Riemann, J.Christen
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Journal Title
Physica Status Solidi (c) 3, No.6
Pages: 1392-1295
Related Report
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[Journal Article] Epitaxial lateral overgrowth of AlN layers on pattemed sapphire substrates2006
Author(s)
K.Nakano, M.Imura, G.Narita, T.Kitano, Y.Hirose, N.Fujimoto, N.Okada, T.Kawashima, K.Iida, K.Balakrishnan, M.Tsuda, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
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Journal Title
Physica Status Solidi (a) 203, No.7
Pages: 1632-1635
Related Report
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[Journal Article] Annihilation mechanism of threading dislocations in AlN grown by growth mode modification method using V/III ratio
Author(s)
M.Imura, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Journal of Crystal Growth (In press)
Related Report
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[Journal Article] Dislocations in AlN Epilayers Grown on Sapphire Substrate by High-Temperature Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy
Author(s)
M.Imura, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics (In press)
Related Report
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[Journal Article] Mg-doped high quality AlxGa1-xN (x=0-1) grown by high-temperature metal-organic vapor phase epitaxy
Author(s)
M.Imura, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Physica Status Solidi (In press)
Related Report
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[Journal Article] Growth of high-quality and crack free AlN layers on sapphire substrate by multi-growth mode modification
Author(s)
N.Okada, N.Kato, S.Sato, T.Sumii, N.Fujimoto, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Takagi, T.Noro, A.Bandoh
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Journal Title
Journal of Crystal Growth (In press)
Related Report
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[Journal Article] Epitaxial Lateral Overgrowth of a-AlN on patterned a-plane AlN layer by HT-MOVPE
Author(s)
N.Okada, N.Kato, S.Sato, T.Sumii, N.Fujimoto, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Journal of Crystal Growth (In press)
Related Report
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[Journal Article] Microstructure of a-plane AlN grown on r-plane sapphire and on pattemed AlN templates by metalorganic vapor phase epitaxy
Author(s)
N.Okada, M.Imura, T.Nagai, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, H.Maruyama, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
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Journal Title
Physica Status Solidi (In press)
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