Ｓｉチップにモノリシック搭載可能なⅢ－Ｖ－Ｎ／Ｓｉレーザ実現の基盤研究

• 研究課題/領域番号: 25286049
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 結晶工学
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00230912)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2013年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
• キーワード: 結晶成長機構 / III-V-N混晶 / 表面超構造 / 組成不均一 / Si上ヘテロエピタキシー / 欠陥制御 / 価電子制御 / Si上ヘテロエピタキシャル成長 / III-V-N / 無転位 / ドーピング制御 / ヘテロエピタキシー / Si基板 / 分子線エピタキシー / 組成不均一性制御 / 非輻射再結合中心 / 組成揺らぎ

研究成果の概要

Si上の格子整合系III-V-N混晶レーザ実現を目指し、GaAsN活性層およびクラッド層の高品質化と電気的特性の制御について検討を行った。
GaAsN活性層成長に表面窒化と埋め戻し成長を繰り返す表面窒化法を適用し、550～600℃の高温成長に於いてもN取り込み効率の維持が可能で、窒化時に(1×4)超構造を維持することで、組成均一性が高く非輻射再結合中心濃度が大幅に低減できることを示した。
クラッド層としては、As2及びP2をV族原料として用い、V/III比が4以下、基板温度550℃以上とすることで、構造欠陥、組成揺らぎの無い高品質GaAsPNが得られる事、SおよびMgの有効性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular-beam epitaxy growth of dilute GaAsN alloys by surface nitridation (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Urakami, K. Yamane, H. Sekiguchi, H. Okada, A. Wakahara,
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 435 ページ: 19-23
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Si基板上格子整合系GaAsPN混晶の導電性制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健人, 山根啓輔, 西尾卓也, 麦倉俊, 関口寛人, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] DESIGN AND GROWTH OF DISLOCATION-FREE III-V-N/Si FOR Si-BASED MULTIJUNCTION SOLAR CELLS (2016)
  • 著者名/発表者名: [3]Akihiro Wakahara, Noriyuki Urakami, Shunsuke Mugikura, Keisuke Yamane, Hiroto Sekiguchi
  • 学会等名: The 3rd International Conference of Grobal Network for Innovative Technology (IGNITE2016)
  • 発表場所: Penang, Malaysia
  • 年月日: 2016-01-17
  • 国際学会
• [学会発表] Si基板上無転位ＩＩI-V-N結晶成長と光・電子集積デバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 若原昭浩, 山根啓輔
  • 学会等名: 電子情報通信学会シリコンフォトニクス研究会
  • 発表場所: 政記念 しいのき迎賓館, 石川
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of growth temperature on crystalline quality of high nitrogen composition GaAsPN (2015)
  • 著者名/発表者名: [1]Kento Sato, Keisuke Yamane, Shun Mugikura, Hiroto Sekiguchi, Hiroshi Okada, Akihiro Wakahara
  • 学会等名: The Irago Conference 2015
  • 発表場所: Irago, Japan
  • 年月日: 2015-10-22
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of growth temperature on crystalline quality of high nitrogen composition GaAsPN (2015)
  • 著者名/発表者名: [5]S.Mugikura, N. Urakami, K. Yamane, H. Sekiguchi, H. Okada, A. Wakahara
  • 学会等名: 34th Electronic Materials Symposium (EMS-34)
  • 発表場所: Shiga
  • 年月日: 2015-07-12
• [学会発表] 表面窒化を用いたGaAsN混晶のN組成制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浦上法之・山根啓輔・関口寛人・岡田 浩・若原昭浩
  • 学会等名: 電子情報通信学会研究会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学
  • 年月日: 2015-05-28 – 2015-05-29
• [学会発表] 表面窒化を用いたGaAsN混晶のN組成制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浦上法之, 山根啓輔, 関口寛人, 岡田浩, 若原 昭浩
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学
  • 年月日: 2015-05-28
• [学会発表] 表面窒化により成長したGaAsN混晶の発光特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浦上法之、山根啓輔、関口寛人、岡田浩、若原昭浩
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Si基板上格子整合系GaAsPN混晶の高品質化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 麦倉俊、浦上法之、山根啓輔、関口寛人、岡田浩、若原昭浩
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Growth of Dilute Nitride by Embedding Nitrided Layer and Its Application to GaAs(P)N Quantum Well Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Urakami, H. Sekiguchi, H. Okada, A. Wakahara
  • 学会等名: 18th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2014)
  • 発表場所: Flagstaff, Arizona, USA
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-12
• [学会発表] III-V-N Compounds for Multi-Junction Solar Cells on Si (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Wakahara, Noriyuki Urakami, Keisuke Yamane, and Hiroto Sekiguchi
  • 学会等名: IEEE PVSC-40
  • 発表場所: Denvor、USA
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [学会発表] Growth of GaAsN quantum well structure by surface nitridation (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Urakami, H. Ito, H. Sekiguchi, H. Okada, A. Wakahara
  • 学会等名: 40th Int. Symp. On Compound Semiconductors (ISCS2013)
  • 発表場所: Kobe
• [学会発表] III-N-based optoelectronic devices and their integration (2013)
  • 著者名/発表者名: A Wakahara, N.Urakami, H.Itho, H. Okada, and H. Sekiguchi
  • 学会等名: 10th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics(TWHM2013)
  • 発表場所: Hakodate
  • 招待講演
• [学会発表] 表面窒化によるGaAsN混晶の形成
  • 著者名/発表者名: 浦上法之、若原昭浩、関口寛人、岡田 浩
  • 学会等名: 電子情報通信学会 電子デバイス研究会
  • 発表場所: 静岡大学（浜松)
• [学会発表] Growth of GaAsN quantum wells by using surface nitridation enhanced N incorporation
  • 著者名/発表者名: N. Urakami, H. Ito, H. Sekiguchi, H. Okada, A. Wakahara
  • 学会等名: 第32回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: 守山市
• [学会発表] 希薄窒化物GaAsN混晶の成長における表面窒化の有効性
  • 著者名/発表者名: 浦上法之，関口寛人，岡田浩，若原昭浩
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大相模原キャンパス