窒素クラスタ位置制御によるSiと格子整合する直接遷移III-V-N規則混晶の創成

• Project/Area Number: 20656053
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 若原 昭浩 Toyohashi University of Technology, 工学部, 教授 (00230912)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2009: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2008: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: シリコンフォトニクス / III-V-N化合物半導体 / 結晶成長 / 窒素デルタドープ超格子 / 発光特性

Research Abstract

本研究では,Si上に発光デバイスを自在に組み込んだ光電子融合システムの実現に向けて、Siと格子整合させることで無転位且つ高品質・高効率発光素子用の直接遷移型半導体材料の実現を目指し、直接遷移型のIII-V-N混晶活性層材料の開発を目的とした。
まず、GaPN系材料を候補として、成長層表面に窒素クラスタを形成し,これを規則的に積層したGaP/GaP:N疑似規則混晶の成長実現するため、PBN熱分解窒素を用いたMBE法および有機金属気相成長法を用いてGaPNの成長を行った。この結果、PBNの熱分解を用いたMBE法では、十分な活性窒素が得られず良好な結晶性を有するGaPNを得るためには、有機金属気相成長法を採用した。次に、GaP表面への窒素クラスタ形成を、成長中の表面反射分光法を用いてその場観察を行い、表面窒化・窒素脱過程を調べ、650℃という高温においてもGaP表面に形成された窒素デルタドープ層が安定であり、急峻なGaPN/GaPデルタドープ超格子構造が得られた。この条件にて、窒素原料の間欠供給により窒素クラスタ形成を進めたところ、GaPNを連続成長した場合より窒素の取り込み効率の向上と同時に、平均窒素組成が同一の連続供給したバルク試料に比べて窒素のデルタドープ超格子では発光の温度消光特性が改善された。以上を踏まえて、短周期GaP/GaPN超格子を作製しバンド構造の検討を行ったが、直接遷移型のバンド構造が得られたとの確証を得ることはできなかった。