ワットクラス超高出力紫外レーザダイオードの実現

2006 年度 実績報告書

• 研究領域: 窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-
• 研究課題/領域番号: 18069011
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 天野 浩 名城大学, 理工学部, 教授 (60202694)
• 研究分担者: 上山 智 名城大学, 理工学部, 助教授 (10340291) ; 岩谷 素顕 名城大学, 理工学部, 講師 (40367735)
• キーワード: 昇華法 / AIN基板 / 高温MOVPE / 横方向成長 / 原子ステップ / 転位 / シミュレーション / レーザダイオード

研究概要

ワットクラスの超高出力紫外レーザダイオード(LD)の実現のため、平成18年度はLD構造の下地結晶の高品質化に関する研究を実施した。紫外LDの実現には、低転位化と共にクラック抑制が最も重要な課題である。本研究では、高品質AINを得るための検討を行なった。実施内容は下記の通りである。
1.2インチサイズの自立A脳基板実現のための昇華法装置の設計ならびに装置の導入
AIN昇華法のシミュレーションより、下部ヒータを用いることによって、大きな温度勾配が得られ、2インチサイズの自立AIN基板の作製が可能であるという結果を得た。その結果を元に、新規昇華法装置を設計・発注し導入した。2インチサイズのAIN成長が可能であることを確認した。
2.高温MOVPE法によるサファイア基板上高品質AINの実現
1,800℃まで昇温可能な特別仕様なMOVPE装置を用いた。高温成長により、原子ステップが見えるような高品質AIN結晶が得られること、およびAIN中の酸素、水素、炭素、シリコン等の残留不純物濃度の低減が可能なことを明らかにした。
3.横方向成長(ELO)による超高品質AINの実現
高温MOVPE装置を用いて、サファイア基板上およびSiC基板上にAINのELOを行なうことによって、転位密度が10^7[cm^<-2>]以下、AFM観察においても原子ステップの乱れがほとんどない超高品質AINを実現した。
4.無極性高品質a面AINの作製
圧電電界抑制のための無極性a面AINの成長、ならびにELOによるa面AINの高品質化を実現した。
5.高品質AIN基板上へのLED、LD試作
紫外LEDを試作し、AIN下地層のクラック抑制効果、低転位化による光出力の大幅な向上を確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Growth of high-quality and crack free AlN layers on sapphire substrate by multi-growth mode modification (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Okada, N.Kato, S.Sato, T.Sumii, T.Nagai, N.Fujimoto, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, H.Maruyama, T.Takagi, T.Noro, A.Bandoh
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 298 ページ: 349-353
• [雑誌論文] Microstructure in nonpolar m-plane GaN and AlGaN films (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Nagai, T.Kawashima, M.Imura, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 298 ページ: 288-292
• [雑誌論文] Epitaxial lateral growth of m-plane GaN and Al_<0.18>Ga_<0.82>N on m-plane 4H-SiC and 6H-SiC substrates (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Kawashima, T.Nagai, D.Iida, A.Miura, Y.Okadome, Y.Tsuchiya, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 298 ページ: 261-264
• [雑誌論文] Epitaxial lateral overgrowth of Al_xGa_<1-x>N (x>0.2) on sapphire and its application to UV-B-light-emitting devices (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Iida, T.Kawashima, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, A.Bandoh
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 298 ページ: 265-267
• [雑誌論文] High-speed growth of AlGaN having high-crystalline quality and smooth surface by high-temperature MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 298 ページ: 215-218
• [雑誌論文] Epitaxial lateral overgrowth of AlN on trench-patterned AlN layers (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Imura, K.Nakano, G.Narita, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 298 ページ: 257-260
• [雑誌論文] Photoluminescence study of MOCVD-grown GaN/AlGaN MQW nanostructures : influence of Al composition and Si doping (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Esmaeili, H.Haratizadeh, B.Monemar, P.P.Paskov, P.O.Holtz, P.Bergman, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Nanotechnology 18 ページ: 025401
• [雑誌論文] Annihilation mechanism of threading dislocations in AlN grown by growth form modification method using V/III ratio (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Imura, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 300 ページ: 136-140
• [雑誌論文] Epitaxial lateral overgrowth of a-AlN layer on patterned a-AlN template by HT-MOVPE (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Okada, N.Kato, S.Sato, T.Sumii, N.Fujimoto, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Takagi, T.Noro, A.Bandoh
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 300 ページ: 141-144
• [雑誌論文] A hydrogen-related shallow donor in GaN? (2006)
  • 著者名/発表者名: B.Monemar, P.P.Paskov, J.P.Bergman, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Physica B : Condensed Matter 376-377 ページ: 460-463
• [雑誌論文] Dominant shallow acceptor enhanced by oxygen doping in GaN (2006)
  • 著者名/発表者名: B.Monemar, P.P.Paskov, F.Tuomisto, K.Saarinen, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, S.Kimura
  • 雑誌名: Physica B : Condensed Matter 376-377 ページ: 440-443
• [雑誌論文] Microstructure of nitrides grown on inclined c-plane sapphire and SiC substrate (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Imura, A.Honshio, Y.Miyake, K.Nakano, N.Tsuchiya, M.Tsuda, Y.Okadome, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Physica B : Condensed Matter 376-377 ページ: 491-495
• [雑誌論文] Anisotropically biaxial strain in a-plane AlGaN on GaN grown on r-plane sapphire (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Tsuda, H.Furukawa, A.Honshio, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 2509-2513
• [雑誌論文] Thermodynamic aspects of growth of AlGaN by high-temperature metal organic vapor phase epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 2502-2504
• [雑誌論文] Optical signatures of dopants in GaN (2006)
  • 著者名/発表者名: B.Monemar, P.P.Paskov, J.P.Bergman, A.A.Toropov, T.V.Shubina, S.Figge, T.Paskova, D.Hommel, A.Usui, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 9 ページ: 168-174
• [雑誌論文] Origin of defect-insensitive emission probability in In-containing (Al,In,Ga)N alloy semiconductors (2006)
  • 著者名/発表者名: S.F.Chichibu, A.Uedono, T.Onuma, B.A.Haskell, A.Chakraborty, T.Koyama, P.T.Fini, S.Keller, S.P.DenBaars, J.S.Speck, U.K.Mishra, S.Nakamura, S.Yamaguchi, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, J.Han, T.Sota
  • 雑誌名: Nature Materials 5 ページ: 810-816
• [雑誌論文] Radiative recombination mechanism in highly modulation doped GaN/AlGaN multiple quantum wells (2006)
  • 著者名/発表者名: B.Arnaudov, P.P.Paskov, H.Haratizadeh, P.O.Holtz, B.Monemar, S.Kamiyama, M.Iwaya, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 3 ページ: 523-1526
• [雑誌論文] Growth of high-quality AlN at high growth rate by high-temperature MOVPE (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Fujimoto, T.Kitano, G.Narita, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 3 ページ: 1617-1619
• [雑誌論文] Critical aspects of high temperature MOCVD growth of AlN epilayers on 6H-SiC substrates (2006)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 3 ページ: 1392-1395
• [雑誌論文] X-ray diffraction reciprocal lattice space mapping of a-plane AlGaN on GaN (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Tsuda, H.Furukawa, A.Honshio, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (b) 243 ページ: 1524-1528
• [雑誌論文] Epitaxial lateral overgrowth of AlN layers on patterned sapphire substrates (2006)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (a) 203 ページ: 1632-1635
• [雑誌論文] Effects of Si doping position on the emission energy and recombination dynamics of GaN/AlGaN multiple quantum wells (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Haratizadeh, B.Monemar, H.Amano
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (a) 203 ページ: 149-153
• [雑誌論文] Microstructure of thick AlN grown on sapphire by high-temperature MOVPE (2006)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (a) 203 ページ: 1626-1631
• [雑誌論文] High-Temperature Metal-Organic Vapor Phase Epitaxial Growth of AlN on Sapphire by Multi Transition Growth Mode Method Varying V/III Ratio (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Imura, K.Nakano, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 8639-8643
• [雑誌論文] Microstructure of epitaxial lateral overgrown AlN on trench-patterned AlN template by high-temperature metal-organic vapor phase epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Imura, K.Nakano, T.Kitano, N.Fujimoto, G.Narita, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 89 ページ: 21901
• [雑誌論文] Breakthroughs in Improving Crystal Quality of GaN and Invention of the p-n Junction Blue-Light-Emitting Diode (2006)
  • 著者名/発表者名: I.Akasaki, H.Amano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 9001-9010