加工シリコン基板上への窒化物半導体の選択再成長法によるナノヘテロ構造の創製

• 研究課題/領域番号: 16106001
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 澤木 宣彦 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70023330)
• 研究分担者: 山口 雅史 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (20273261) ; 田中 成泰 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 准教授 (70217032) ; 本田 善央 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60362274)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 115,960千円 (直接経費: 89,200千円、間接経費: 26,760千円); 2008年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2007年度: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円); 2006年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2005年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2004年度: 69,940千円 (直接経費: 53,800千円、間接経費: 16,140千円)
• キーワード: 窒化物半導体 / ナノへテロ構造 / MOVPE / 選択成長 / 不純物ドーピング / GaN / ナノヘテロ構造 / ファセット成長 / 光デバイス / 面間拡散 / 光導波路 / シリコン基板 / 時間分解分光 / Si基板 / 界面構造 / 電子線ホログラフィー

研究概要

加工Si基板上への選択MOVPE法により、(0001)、(1-101)、(11-22)ならびに(11-20)面を有するAlGaN/GaN、GaN/InGaN微細ヘテロ構造を作製した。この構造は自然形成原理に従って形成されるため、表面平坦性、結晶性に優れることを明らかにした。特に、窒素を最表面とする(1-101)半極性面GaNは不純物ドーピング特性に優れ、Mgドーピングで高い正孔濃度が得られ、炭素ドーピングでもp形伝導が得られることを明らかにした。Si基板上に半極性GaN-LEDとストライプレーザ構造を作製し、光集積デバイスのためのナノへテロエピタキシの有効性を実証した

研究成果

• [雑誌論文] Growth and properties of semi-polar GaN on a patterned silicon substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Sawaki, T. Hikosaka, N. Koide, Y. Honda, M. Yamaguchi and T. Tanaka
  • 雑誌名: J. Crystal Growth Online 14 Jan. doi.10.1016 ページ: 1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of non-polar (11-20)GaN on a patterned (110)Si substrate by selective MOVPE (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Tanikawa, D.Rudolph, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 310 ページ: 4999-5002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and properties of semi- polar (1-101) and (11-22)InGaN/GaN MQW light emitting diode on patterned Si substrates (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. sta. sol.(c) 5 ページ: 2234-2237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of semi-polar (11-22)GaN on a (113)Si substrate by selective MOVPE (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Tanikawa, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi and N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. sta. sol.(c) 5 ページ: 2966-2968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved spectroscopy in an undoped GaN (1-101) (2008)
  • 著者名/発表者名: E-H., Kim, 他
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 5 ページ: 367-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and properties of semi-polar (1-101) and (11-22) InGaN/GaN MQW light emitting diode on patterned Si substrates (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hikosaka, 他
  • 雑誌名: phys. sta. sol. (c) 5 ページ: 2234-2237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy relaxation process of photo-generated carriers in Mgdoped (0001) GaN and (1-101)GaN (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Saida, 他
  • 雑誌名: phys. sta. sol. (c) 5 ページ: 1746-1749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of semi-polar (11-22)GaN on a (113)Si substrate by selective MOVPE (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, 他
  • 雑誌名: phys. sta. sol. (c) 5 ページ: 2966-2968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of Mg segregation in a metalorganic vapor phase epitaxially grown GaN layer by a low-temperature AIN interlayer (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tomita, 他
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 104 ページ: 14906-14906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective MOVPE of III-nitrides and device fabrication on an Si substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Sawaki
  • 雑誌名: Proc. SPIE 7279 ページ: 727902-727902
• [雑誌論文] Al doping in (1-101)GaN films grownon patterned (001)Si substrate (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki, J
  • 雑誌名: Appl. Phys 101.103513 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport properties of the two-dimensional electron gas in AlxGa1-xN/GaN hetero- structures (2007)
  • 著者名/発表者名: X.X.Han, Y.Honda, T.Narita, M.Yamaguchi, and N.Sawaki, J
  • 雑誌名: Phys.: Condens. Matter 19, 046204 ページ: 1-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mg doping in (1-101)GaN grown on a 7-degree-off oriented (001)Si substrate by selective MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, N.Koide, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 298 ページ: 207-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Series resistance of n-Si/AlGaN/GaN structure grown by MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Honda, S.Kato, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. stat. sol 4 ページ: 2740-2743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mg doping in (1-101) GaN grown on a 7-degree-off oriented (001) Si subst rate by selective MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Hikosaka, 他
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 298 ページ: 207-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] MOVPE growth and cathodoluminescence properties of GaN microcrystal co-doped with Zn and Si (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Honda, 他
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 300 ページ: 110-113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Al doping in (1-101) GaN films grown on patterned (001) Si substrate (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Eikosaka, 他
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved photoluminescence spectroscopy in AIGaN/GaN SQW structure grown on a (111) Si substrate (2007)
  • 著者名/発表者名: E-H. Kim, 他
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 4 ページ: 2838-2841
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acceptor Level due to Carbon in a (1-101) AIGaN (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Sawaki, 他
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 893(CD-ROM) ページ: 281-281
• [雑誌論文] Subband structure and transport properties of two-dimensional electrongas in AlxGa1-xN/GaN heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: X-X. Han, 他
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 4 ページ: 2334-2337
  • 査読あり
• [雑誌論文] The surface diffusion of Ga species on an AIGaN facet structure in low pressure MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Narita, 他
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 4 ページ: 2506-2509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport properties of the two-dimensional electron gas in AlxGal?xN/GaN heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: Xiuxun Han, 他
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 19
  • 査読あり
• [雑誌論文] p-type conduction in a C-doped (1-101)GaN grown on a 7-degree-off oriented(001)Si substrate by selective MOVPE (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, N.Koide, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. stat.sol 3 ページ: 1425-1428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Series Resistance in n-GaN/AlN/n-Si Heterojunction Structure (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Kondo, N.Koide, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: Jap. J. Appl. Phys. 45・5A ページ: 4015-4017
  • NAID: 40007248571
• [雑誌論文] Cathodoluminescence Properties of InGaN codoped with Zn and Si (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Honda, Y.Yanase, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 3・6 ページ: 1915-1918
• [雑誌論文] p-type conduction in a C-doped (1-101) GaN grown on a 7-degree-off oriented (001) Si substrate by selective MOVPE (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, N.Koide, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 3・6 ページ: 1425-1428
• [雑誌論文] The surface diffusion of Ga on an A1GaN/GaN stripe structure in the selective MOVPE (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (b) 243・7 ページ: 1665-1668
• [雑誌論文] Carbon Incorporation on (1 101) Facet of A1GaN in Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Koide, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: Jap. J. Appl. Phys. 45・10A ページ: 7655-7660
• [雑誌論文] Optical phonon-modes and electron-phonon interaction in a quantum dot (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Ishidal, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics Series 110 ページ: 253-256
• [雑誌論文] Growth and optical properties of InGaN/GaN quantum well on a (1-101) facet (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: phys. stat. sol 2 ページ: 2349-2352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and optical properties of InGaN/GaN quantum well on a (1-101) facet (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: Physica Stata Solidi 2 ページ: 2349-2352
• [雑誌論文] Uniform growth of GaN on AlN templated (111)Si substrate by HVPE (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Honda, M.Okano, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: Physica Stata Solidi 2 ページ: 2125-2128
• [雑誌論文] Effect of Si doping to the (1-101)GaN grown on a 7 degree off oriented (001) Si by selective MOVPE (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, Y.Honda, N.Koide, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: IOP Conf.Series 184 ページ: 251-254
• [雑誌論文] Incorporation of carbon on a (1-101)facet of GaN by MOVPE (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Koide, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, N.Sawaki
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 284 ページ: 341-346
• [雑誌論文] Doping of GaN, AlGaN by Mixed-Source HVPE (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Y.Yi, K.H.Kim, H.J.Lee, M.Yang, H.S.Ahn他
  • 雑誌名: IOP Conf.Series 184 ページ: 373-376
• [雑誌論文] Growth of thick AlGaN by mixed-source hydride vapor phase epitaxy (2005)
  • 著者名/発表者名: H.S.Ahn, K.H.Kim, M.Yang, J.Y.Yi, H.J.Lee他
  • 雑誌名: Applied Surface Science 243 ページ: 178-182
• [雑誌論文] Optical and electrical properties of (1-101)GaN grown on a 7°off-axis (001)Sisubstrate (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka, T.Narita, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 84 ページ: 4717-4719
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocurrent spectroscopy of a (0001)GaN/AlGaN/(111)Si heterostructure (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuroiwa
  • 雑誌名: Physica E 21 ページ: 787-792
• [雑誌論文] Optical and electrical properties of (1-101)GaN grown on a 7°off-axis (001)Si substrate (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hikosaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 84・23 ページ: 4717-4719
• [雑誌論文] Electron holography study of a GaN/AlGaN interface and a GaN crystal on Si substrates (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Tanaka
  • 雑誌名: Proc. 8th Asia-Pacific Electron Microscopy Conference ページ: 507-508
• [雑誌論文] Optical spectra of GaN/InGaN/GaN MQW structure grown on a (1-101) GaN facet (2004)
  • 著者名/発表者名: E.H.Kim
  • 雑誌名: phys.stat.sol.(c) 1 ページ: 2512-2515
• [雑誌論文] Fabrication and optical properties of GaN micro-prism array on an Si substrate (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Nishioka
  • 雑誌名: Proc. of Int. Conf. on Electrical Engineering 2004 3,1 ページ: 297-300
• [雑誌論文] Electrical and optical properties of (1-101)GaN grown on a 7 degree off oriented (001) Si by selective MOVPE (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki
  • 雑誌名: Proc. 5th Japan-Korea Joint Workshop on Advanced Semiconductor Processes and Equipment ページ: 30-35
• [学会発表] DAP emission band in a carbon doped (1-101)GaN grown on (001) Si substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Honda, 他
  • 学会等名: Intern. Workshop Nitride Semiconductor 2008
  • 発表場所: Montreux (Swiss)
  • 年月日: 2008-10-06
• [学会発表] Growth and properties of semi-polar GaN on a patterned silicon substrate (Invited) (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki, T.Hikosaka, N.Koide, Y.Honda, and Yamaguchi
  • 学会等名: ISGN-2
  • 発表場所: Izu
  • 年月日: 2008-07-09
• [学会発表] Compound semiconductors- The crystal growth and creation of new functions- (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Sawaki
  • 学会等名: 27 th Electronic Materials. Symposium
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-09
• [学会発表] Growth and properties of semi-polar GaN on a patterned silicon substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Sawaki, 他
  • 学会等名: 2nd Intern. Symp. Growth of Nitrides
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] HVPE growth of semi-polar (11-22) GaN on GaN template (113) Si substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, 他
  • 学会等名: 2nd Intern. Symp. Growth of Nitrides
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] Reduction of Dislocations in a (11-22) GaN grown by selective MOVPE on. (113) Si (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, 他
  • 学会等名: 2nd Intern. Symp. Growth of Nitrides
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] Mg Segregation in (1-101)GaN Grown on a 7 degree off-axis (001)Si Substrate by MOVPE (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tomita, 他
  • 学会等名: 2nd Intern. Symp. Growth of Nitrides
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] MOVPE Growth and Properties of GaN on (111)Si Us ing an AlInN Intermediate Layer (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Irie, 他
  • 学会等名: 2nd Intern. Symp. Growth of Nitrides
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] Maskless selective growth of semi-polar (11-22) GaN on Si (311) substrate by metal organic vapor phase epitaxy. (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Yang, 他
  • 学会等名: 2nd Intern. Symp. Growth of Nitrides
  • 発表場所: Izu (Japan)
  • 年月日: 2008-07-08
• [学会発表] Growth of non-polar (11-20) GaN on a patterned (110)Si substrate by selective MOVPE (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, 他
  • 学会等名: 14 th Intern. Conf. MOVPE
  • 発表場所: Metz (France)
  • 年月日: 2008-06-03
• [学会発表] Selective MOVPE of III-nitrides and device fabrication on an Si substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki, N.Sawaki
  • 学会等名: POEM2008
  • 発表場所: Wuhan
• [学会発表] Compound semiconductors- The crystal growth and creation of new functions-(Plenary) (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki
  • 学会等名: EMS-27
  • 発表場所: Izu
• [学会発表] 加工シリコン基板上への半極性GaNの選択成長と物性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 彦坂年輝、谷川智之、本田善央、山口雅史、澤木宣彦
  • 学会等名: JSPS-162研究会
  • 発表場所: 川口屋リバーサイドホテル
  • 年月日: 2007-12-10
• [学会発表] 窒化物半導体材料とデバイスの将来展望 (2007)
  • 著者名/発表者名: 澤木宣彦
  • 学会等名: 第17回SiCおよび関連ワイドギャップ半導体研究会
  • 発表場所: 愛知県女性総合センター
  • 年月日: 2007-11-29
• [学会発表] 窒化物半導体材料とデバイスの将来展望(プレナリー) (2007)
  • 著者名/発表者名: 澤木宣彦
  • 学会等名: SiCおよび関連ワイドギャップ半導体研究会
  • 発表場所: 愛知県女性総合センター
• [学会発表] Energy relaxation process of photo-generated carriers in Mg doped (0001)GaN and (1-101)GaN (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Saida, EH.Kim, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 学会等名: ICNS-7
  • 発表場所: Las Vegas
• [学会発表] Time-resolved spectroscopy in an undoped GaN (1-101) (2007)
  • 著者名/発表者名: EH.Kim, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, and N.Sawaki
  • 学会等名: HCIS-15
  • 発表場所: Tokyo
• [学会発表] 青山健太郎, 田中成泰, 市橋幹雄, 本田善央, 澤木宣彦 (2007)
  • 著者名/発表者名: 超高圧STEM-EBICによるGaN/Si界面の電気的特性の解析
  • 学会等名: 第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] Fabrication and properties of semi-polar (1-101) and (11-22) InGaN/GaN MQW light emitting diode on patterned Si substrates (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Hikosaka, 他
  • 学会等名: 7 th Intern. Conf. on Nitride Semiconductors (ICNS-7)
  • 発表場所: Las Vegas (USA)
• [学会発表] Energy relaxation process of photo-generated carriers in Mg doped (0001) GaN and (1-101) GaN (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Sawaki, 他
  • 学会等名: 7 th Intern. Conf. on Nitride Semiconductors (ICNS-7)
  • 発表場所: Las Vegas (USA)
• [学会発表] Growth of semi-polar (11-22) GaN on a (113) Si substrate by selective MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, 他
  • 学会等名: Intern. Symposium Compound Semiconductors (ISCS) 2007
  • 発表場所: Kyoto (Japan)
• [学会発表] Acceptor Level due to Carbon in a (1-101)AlGaN (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki, N.Koide, T.Hikosaka, Y.Honda, and M.Yamaguchi
  • 学会等名: 28th ICPS
  • 発表場所: Wien
• [産業財産権] 窒化物半導体構造およびその製造方法 (2007)
  • 発明者名: 澤木宣彦、本田善央、彦坂年輝、谷川智之
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学
  • 出願年月日: 2007-06-07