炭化ケイ素を用いた高品質窒化物半導体によるシリコン基板上短波長半導体レーザの実現

• 研究課題/領域番号: 11F01357
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 平松 和政 三重大学, 大学院工学研究科, 教授
• 研究分担者: FANG H. 三重大学, 大学院工学研究科, 外国人特別研究員 ; FANG H. 三重大学, 大学院・工学研究科, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 3C-SiC / Si基板 / マスクレスELO / 発光特性 / 欠陥密度 / AlN中間 / 圧縮応力 / 転位密度

研究概要

本研究では、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現することが目標である。この目標達成のために、本年度は、3C-SiC-Si基板上成長したGaNの結晶品質を更に向上させるためのマスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、SiC中間層のGaNの高品質化に与える効果について調べた。
3C-SiC層の厚さを100nmから2.5μmの範囲で変化させた3C-SiC-Si基板を用いて、マスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、GaN層とSiC層の構造的な欠陥について欠X線ロッキングカーブ、低温カソードルミネッセンス、透過型電子顕微鏡により評価した。
3C-SiC層のx線ロッキングカーブの半値幅は、厚さを増やすと共に、3125秒から617秒に減少したにもかかわらず、GaNの(004)回折と(102)回折の半値幅は500～700秒であった。また、GaN層中の貫通転位密度は、約1×10^<-9>cm^<-2>であった。このことからGaN層の成長をマスクレスエピタキシャル横方向成長で行ったので、3C-SiC層の欠陥は、GaN層から排除されたものと考えられる。さらに、カソードルミネッセンスと透過型電子顕微鏡の結果より、GaNと3C-SiCの間に欠陥や転位密度の相互的な関係はないことがわかった。一方、3c-SiC上に発生する島状のドメインによって、SiC表面に異なった表面荒さが発生し、それによってGaNの初期成長段階における異なったサイズの3次元結晶が発生していることが明らかになった。3C-SiC上の島状のドメインが、GaN層に引き継がれることはないが、3C-SiCの表面荒さによってGaN層の核形成プロセスに影響を与えていることが考えられる。以上の研究より、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現するための基板となる高品質GaN成長層を得ることができた。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Effect of SiC Intermediate Layer Properties in Epitaxy of GaN on 3C-SiC/Si Substrates (2014)
  • 著者名/発表者名: H Fang, M Katagiri, H Miyake, K Hiramatsu, H Oku, H Asamura, and K Kawamura
  • 雑誌名: Joumal of Applied Physics 巻: 115 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.4864780
  • 査読あり
• [雑誌論文] High quality GaN grown by using maskless epitaxial lateral overgrowthon Si substrate with thin SiC intermediate layer (2014)
  • 著者名/発表者名: H Fang, M Katagiri, H Miyake, K Hiramatsu, H Oku, H Asamura, and K Kawamura
  • 雑誌名: Pbysica status solidi (a) 巻: (印刷中) 号: 4 ページ: 744-747
  • DOI: 10.1002/pssa.201300443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on the Effects of A1N Interlayer in Thick GaN Grown on 3C-SiC/Si Substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Fang, Y. Takaya, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Asamura, K. Kawamura, H. Oku
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 370 ページ: 254-258
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.08.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Realization of Maskless Epitaxial Lateral Overgrowth of GaN on 3 C-SiC/Si Substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: H Fang, Y Takaya, H Miyake, K Hiramatsu, H Oku, H Asamura, K Kawamura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of the dual effects triggered by A1N interlayers in thick GaN grown on 3C-SiC/Si substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: H Fang, Y Takaya, H Miyake, K Hiramatsu, H Asamura, K Kawamura
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: 45 号: 38 ページ: 385101-385101
  • DOI: 10.1088/0022-3727/45/38/385101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain control of GaN grown on 3C-SiC/Si substrate using AlGaN buffer layer (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Fang, Y.Takaya, S.Ohuchi, H.Miyake, K.Hiramatsu, H.Asamura, K.Kawamura
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 9 号: 3-4 ページ: 550-553
  • DOI: 10.1002/pssc.201100332
  • 査読あり
• [学会発表] Relationship between SiC Intermediate Layer Properties and quality of GaN grown on 3C-SiC/Si Substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: H Fang, M Katagiri, H Miyake, K Hiramatsu, H Oku, H Asamura, and K Kawamura
  • 学会等名: 10^<th> International Conference on Nitride Semicond uctor
  • 発表場所: Gaylord National Resort & Convention Center, Washington DC, USA
  • 年月日: 2013-08-28
• [学会発表] Improvement of GaN Quality by Maskless Epitaxy of Lateral Overgrowth on 3C-SiC/Si substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: H Fang, Y Takaya, H Miyake, K Hiramatsu, H Asamura, K Kawamura, H Oku
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2012)
  • 発表場所: Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] Analysis on Dual Effects of AlN Interlayer in Thick GaN Grown on 3C-SiC/Si Substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Fang, Y. Takaya, S. Ohuchi, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Asamura, K. Kawamura
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Paradise Hotel Busan, Busan, Korea
  • 年月日: 2012-05-20
• [学会発表] Interaction of the Dual Effects Triggered by AlN Interlayer in Thick GaN Grown on 3C-SiC/Si substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Fang, Y.Takaya, S.Ohuchi, H.Miyake, K.Hiramatsu, H.Asamura, K.Kawamura
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Paradise Hotel Busan, Busan, Korea(発表確定)
  • 年月日: 2012-05-20
• [学会発表] 3C-SiC/Si基板上GaN成長におけるAlN中間層の効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高谷佳史, 方浩, 三宅秀人, 平松和政, 浅村英俊, 川村啓介, 奥秀彦
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] GaN Growth on 3C-SiC/Si Substrate Using AlGaN Buffer Control Stress (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Takaya, H.Fang, S.Ohuchi, H.Miyake, K.Hiramatsu, H.Asamura, K.Kawamura
  • 学会等名: The 1^<st> International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
  • 発表場所: Mie University
  • 年月日: 2011-12-01
• [備考]
  • URL: http://www.opt.elec.mie-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.cute.rc.mie-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.opt.elec.mie-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.cute.rc.mie-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.opt.elec.mie-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.cute.rc.mie-u.ac.jp/