GaN系混晶の物性評価と青色半導体レーザの研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455009
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 酒井 士郎 徳島大学, 工学部, 教授 (20135411)
• キーワード: GaN / InGaN / バルクGaN / ホモエピタキシャル成長 / 昇華法 / GaPN / 半導体レーザ

研究概要

室温で連続発振する窒化物系の短波長半導体レーザは実現したとはいえ,あまりにも高い転位密度とその影響調査、クラッド層の問題、p型層の問題、など性能向上に向けて解決するべき問題が山積している。本研究は、窒化物のこれらの問題を解決し、青色半導体レーザの基礎を作ることを目的としたものである。具体的には、GaPNの成長とその物性評価、p型GaNの研究、昇華法による厚膜、及びバルクGaNの結晶成長とその上へのMOCVDによるホモエピタキシ-、さらに半導体レーザの実現を目指した研究を進め、以下の成果を得た。
1、GaPNの成長に関する研究:本研究により、青色領域で発光する結晶がこの材料としては初めて達成された。成長条件の最適化より、その組成は非常に敏感に条件により変化することが判明した。
2、昇華法による厚膜、及びバルクGaNの結晶成長に関する研究:昇華法により数十〜数百ミクロン程度のGaN厚膜と、数百ミクロン〜数ミリメートル程度のバルクGaNを結晶成長する技術を確立した。また、基板上に選択的にバルクGaNを結晶成長することに成長し、デバイスプロセスを可能とした。
3、MOCVD法によるInGaN結晶成長の研究:MOCVD法によりサファイア基板の上に成長した結晶の構造評価を行い、InGaNの組成が不均一であることを見い出してその形成メカニズムを明らかにした。
4、ホモエピタキシャル成長に関する研究:昇華法により成長したバルクGaN結晶の上にMOCVD法により、GaN及びGaN/InGaNダブルヘテロ構造の成長を行い、その成長の様子がサファイア基板上のものと非常に異なることを明らかにした。以上の研究により、レーザをバルクGaN結晶を用いて作成する場合の基礎を確立したと言える。

研究成果

• [文献書誌] S.Nakajima,T.Yang and S.Sakai: "Valence-Band-Edge Energy of Group-III,Nitride Alloy Semiconductors" Jpn.J.Appl.Phys.34-No.5. 2213-2215 (1995)
• [文献書誌] T.Yang.S.Nakajima and S.Sakai: "Electronic Structures of Wurtzite GaN,InN and their Alloy Ga_<1-x>In_xN Calculated by the Tight-Binding Method" Jpn.J.Appl.Phys.34-No.11. 5912-5921 (1995)
• [文献書誌] Nakajima,T.Yang and S.Sakai: "Electronic Structure of Ga_<1-x>In_xN by the Tight-Binding Method with Nearest-Neighbor s.p and d and Second-Neighbor s and p Interactions" International Conference on Silicon Carbide and Rerated Materials-1995,Institute of Physics Conference Series Number 142. 947-950 (1995)
• [文献書誌] S.Kurai,Y.Naoi,T.Abe,S.Ohmi and S.Sakai: "Photopumped Stimulated Emission from Homoepitaxial GaN Grown on Bulk GaN Prepared by Sublimation Method" Jpn.J.Appl.Phys.35-No.1B. L77-79 (1996)
• [文献書誌] S.Kurai,T.Abe,Y.Naoi and S.Sakai: "Growth and Characterization of Thick GaN by Sublimation Method and Homoepitaxial Growth by MOCVD" Jpn.J.Appl.Phys.35-No.3. 1637-1640 (1996)
• [文献書誌] T.Okada,S.Kurai,Y.Naoi,K.Nishino,F.Inoko and S.Sakai: "Transmission Electron Microscopy of Sublimation-Grown GaN Single Crystal and GaN Homoepitaxial Film" Jpn.J.Appl.Phys.35-No.11B. 1318-1320 (1996)
• [文献書誌] H.Sato,Y.Naoi,and S.Sakai: "Structural Analysis of GaN and GaN/InGaN/GaN DH Structures on Sapphire(0001)Substrate grown by MOCVD" Proceeding of MRS Symp.1996. (in press). (1996)
• [文献書誌] S.Sakai,S.Kurai,K.Nishino,K.Wada,H.Sato and Y.Naoi: "Growth of GaN by Sublimation Technique and Homoepitaxial growth by MOCVD" Proceeding of MRS Symp..1996. (in press). (1996)
• [文献書誌] H.Sato,M.R.Sarkar,Y.Naoi and S.Sakai: "XPS Measurement of Valence Band Discontinuity at GaP/GaN Heterointerfaces" Solid State Electronics. (in press). (1996)
• [文献書誌] H.Naoi,Y.Naoi and S.Sakai: "MOCVD Growth of InAsN for Infrared Applications" Solid State Electronics. (in press). (1996)
• [文献書誌] S.Kurai,K.Nishino and S.Sakai: "Nucleation Control in the Growth of Bulk Gan by Sublimation method" Jpn.J.Appl.Phys.(in press). (1996)
• [文献書誌] H.Sato,Y.Naoi and S.Sakai: "X-ray Diffraction Analysis of GaN and GaN/InGaN/GaN Double-Hetero Structures Grown on Sapphire Substrate by MOCVD" Jpn.J.Appl.Phys.(in press). (1996)