紫外線高輝度発光ダイオードを用いたフルカラー発光素子の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555102
• 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)
• 研究分担者: 湯浅 貴之 シャープ中研, 第一研究部, 副主任 ; 直井 美貴 徳島大学, 工学部, 講師 (90253228)
• キーワード: GaN / InGaN / バルク / MOCVD / LED / 半導体レーザ / ホモエピタキシ- / 転位

研究概要

窒化物系の発光素子が実用化されているが、いまだに多くの問題を含んでいる。一般的にはサファイア基板の上にMOCVD法でInGaN/AlGaNダブルヘテロ構造を成長するのが普通であるが、サファイア基板に関わる問題が多く指摘されている。特にサファイアは、成長直前に行う熱処理や低温で成長するバッファー層の影響を強く受け、最適成長条件の幅が非常に狭く結晶成長を困難にしている。また、格子不整合に基づく転位が発光素子に悪影響を与えるという結果も得られており、転位密度を低くすることにより発光ダイオードの効率をさらに良くしたり、半導体レーザのしきい値を下げる可能性のあることが指摘されている。そこで本研究では、これらの問題を一挙に解決するためバルクGaNの結晶成長を行い、その上にもMOCVD法にてホモエピタキシ-を行うことを直接の目的とした。
その結果以下の成果を得た。
1、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、デバイイスプロセスを可能とした。
2、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。
3、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、超高効率発光ダイオード及び低しきい値レーザをバルク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 CXharacterization 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: "Tarnsmission 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)Subastrate 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 Electlronics. (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)