導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09750012
• 研究機関: 工学院大学
• 研究代表者: 本田 徹 工学院大学, 工学部, 講師 (20251671)
• キーワード: 窒化ガリウム / GaN / GH-SiC / MOVPE / MOMBE / RHEED

研究概要

本研究の目的は,有機金属気相成長装置(MOVPE)を用いて,低欠陥結晶成長および面発光レーザ素子の成長を実現することである.
まず、GaN系面発光レーザの電流注入に関する検討をおこなった。面発光レーザはデバイスの大きさが非常に小さいため,電流注入方法が高性能化を行う上で非常に重要である.本研究では電気的特性の良好なエピタキシャル・基板界面の制御を導入する観点から電子の注入について理論的に考察する.計算方法には、WKB近似を用いた。また、界面付近の波動関数を量子力学的に解析した。この結果、従来用いられてきたAlNおよびAlGaN混晶系では電流注入に問題があることがわかった。このため、6H-SiC基板に直接成長するGaNをエピタキシャル成長することが重要である。以上より、GaNを6H-SiC基板に直接成長することを続けて研究することにした。GaNを直接成長するためには、結晶の初期成長状態の把握およびその制御が重要となる。よって、有機金属分子線エピタキシャル成長法を結晶成長方法として採用し、高速電子線回折(RHEED)により結晶成長中にその場観察を行った。その結果、GaN薄膜中に残る歪みは基板と薄膜の格子不整合によるものよりも熱膨張係数差による影響が大きいことがわかった。これは計算結果より高性能発光デバイスの製作に問題を生じさせるものであることがわかった。また、選択成長は前出の歪みによるクラック防止に有効であると考えられる。初期的実験としてサファイア基板上にInGaNおよびGaNの選択成長を行った。この結果、成長阻害物として二酸化珪素を用いたが、三族原料のマイグレーションにより膜厚分布が生じやすく適切なV/III比が必要であることがわかった。
以上により、導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作にむけ、重要な知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] T.Honda, M.Tsubamoto, Y.Kuga and H.Kawanishi: "Optical Gain in BGaN Lattice-MatchedTo (0001) 6H-SiC" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.vol.482. 1125-1129 (1998)
• [文献書誌] T.Shirasawa, N.Mochida, A.Inoue, T.Honda T.Sakaguchi, F.Koyama,and K.Iga: "Interface Control of GaN/AlGaN Quantum Well Structures in MoVPE Growth" Journal of Crystal Growth. vol.189/190. 124-127 (1998)
• [文献書誌] M.Kurimoto, M.Shibata, J.Yamamoto, M.Tsubamoto, T.Honda and H.Kawanishi: "Direct Growth of GaN on (0001) 6H-SiC by Law-Pressure MOVPE with A Flow Channel" Journal of Crystal Growth. vol.189/190. 189-192 (1998)
• [文献書誌] J.Yamamoto, M.Kurimoto, M.Shibata, T.Honda and H.Kawanishi: "Origin of Cracks in GaN/AlGaN DH Structure Grown on 6H-SiC by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy" Journal of Crystal Growth. vol.189/190. 193-196 (1998)
• [文献書誌] M.Shibata, M.Kurimoto, J.Yamamoto, T.Honda, and H.Kawanishi: "GaN/BAlN Heterostructure Grown on a (0001) 6H-SiC Substrate by Metal organic Vapor Phase Epitaxy" Journal of Crystal Growth. vol.189/190. 445-447 (1998)
• [文献書誌] T.Honda, T.Miyamoto, T.Sakaguchi, H.Kawanishi, F.Koyama and K.Iga: "Effect of Piezo Electric Field on Emission Characteristics in GaN/AlGaN Quantum Well" Journal of Crystal Growth. vol.189/190. 644-647 (1998)
• [文献書誌] N.Mochida, T.Honda, T.Shirasawa, A.Inoue, T.Sakaguchi, F.Koyama and K.Iga: "Crystal Orientation Dependence of P-Type Contact Resistance of GaN" Journal of Crystal Growth. vol.189/190. 716-719 (1998)
• [文献書誌] T.Honda, F.Koyama and K.Iga: "Design Consideration of GaN-Based Surface Emitting Lasas" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.449. 1151-1159 (1997)
• [文献書誌] T.Shirasawa, T.Honda, F.Koyama and K.Iga: "ZnO Buffer Layer Formed on Si and Sapphire Substrate for GaN-MOVPE" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.449. 373-377 (1997)
• [文献書誌] K.Saotome, A.Matsutani, T.Shira-sawa, M.Mori, T.Honda, T.Saka-guchi, F.Koyama and K.Iga: Mat. Res. Soc. Symp. Proc.449. 1029-1033 (1997)
• [文献書誌] 本田 徹、 白澤智恵、 持田宣晃、 井上彰、 松谷晃宏、 坂口孝浩、小山二三夫、 川西英雄、 伊賀健一: "GaN系面発光レーザの設計と製作技術に関する基礎検討" 電子情報通信学会論文誌 C-II. vol.J81-C-II. 97-104 (1998)