窒化III-V族混晶の電子物性解明と応用に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11102005
• 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: 中島 貞之丞 徳島大学, 工学部, 講師 (20207781) ; 西野 克志 徳島大学, 工学部, 講師 (70284312) ; 直井 美貴 徳島大学, 工学部, 講師 (90253228) ; LIU Yuhuai 徳島大学, 窒化物半導体研究所, 非常勤研究員 ; LACROIX Yves 徳島大学, 窒化物半導体研究所, 非常勤研究員
• キーワード: InNAs / 窒化物 / ナローギャップ半導体 / MOCVD / プラズマ / ワイドギャップ半導体 / GaN / 電子物性

研究概要

III-V族化合物半導体の中でも、周期律表の第2行に属するN(窒素)原子と他のV族原子を同時に含む混晶半導体(以下、窒化III-V族混晶と呼ぶ)は、極めて特異な性質を持つことが示されている。本研究の目的は、窒化III-V族混晶をMOCVD法で成長すること、およびそれらの物性を評価してデバイスの高性能化に応用することである。
AlGaN/GaN系にPなどを界面にドープして表面改質とそのAlGaN/GaN系MQWへの影響を調査した。従来PなどをGaN系結晶に添加すると結晶性が劣化すると報告されていた。しかし、本研究では、GaNの結晶性が良くなるという結果が得られた。詳細な評価の結果、P原子が渦転位に選択的に取り込まれ転位をターミネートすることが判明した。この効果を利用して波長350nm帯における発光ダイオード(LED)の効率を改善することが可能である。波長350nm帯の発光ダイオードを試作した。サファイア基板上で特殊なプロセスを使うことなく作ったデバイスとしては世界で最高水準の0.3mWという発光出力が得られた。これを用いてベンゼンの分解実験を共同研究機関で行ったところ、約20時間で100ppmの濃度をほぼゼロにすることができた。続いて、AlGaN/GaN/GaNP超格子を作製してその光学特性を評価した。その特性に従来見られなかった性質が観測され、その原因追及をおこなっている。
新型装置を用いて半導体レーザの試作を行った。FIBを使ったエアギャップミラーレーザの発振実験に初めて成功した。以上のことから、AlGaN/InGaNP系材料は、レーザ、LEDに適用できることが明らかとなった。
理論解析については、GaNP系及びInNAs系混晶の計算を行った。GaP/GaN、InAs/InN超格子のバルク領域及び界面近傍領域を多原子系で構成し界面近傍の電子状態の解析を行った。

研究成果

• [文献書誌] H.Naoi: "Growth of InNAs by low pressure metalorganic chemical vapor deposition employing microwave-cracked nitrogen and in-situ generated arsine radicals"J.Crystal Growth. 222. 511-517 (2001)
• [文献書誌] H.X.Wang: "Influence of carrier gas on the morphology and structure of GaN layers grown on sapphire substrate by six-wafer metal organic chemical vapor deposition system"J.Cryst.Growth. 233. 681-686 (2001)
• [文献書誌] J.Bai: "(0001) oriented GaN epilayer grown on (11-20) sapphire by MOCVD"Journal of Crystal Growth. 231. 41-47 (2001)
• [文献書誌] J.Bai: "Photoluminescence study on InGaN/GaN quantum-well structure grown on (11-20) sapphire substrate"Jpn.J.Appl.Phys.. 40,Part 1,No.7. 4445-4449 (2001)
• [文献書誌] J.Bai: "Investigation of the strain-relaxation in InGaN/GaN multiple-quantum-well structures"J.Appl.Phys.. 90 4. 1740-1744 (2001)
• [文献書誌] J.Bai: "A Study of dislocations in InGaN/GaN multiple-quantum-well structure grownon (11-20) sapphire substrate"Journal of Crystal Growth. 223. 61-68 (2001)
• [文献書誌] J.J.Harris: "Relationship between classical and quantum lifetimes in AlGaN/GaN heterostructures"Semiconductor Science and Technology. 16. 402-405 (2001)
• [文献書誌] J.J.Harris: "Phase giagram for the quantum Hall effect in a high-mobility AlGaN/GaN heterostructure"J.Phys.:Condens.Matter. 13. L175-L181 (2001)
• [文献書誌] Lacroix Y: "Cracking of GaN on sapphire from etch-process-induced nonuniformity in residual thermal stress"J APPL PHYS. 89 11. 6033-6036 (2001)
• [文献書誌] Lee KJ: "Investigation of phonon emission processes in an AlGaN/GaN heterostructure at low temperatures"APPL PHYS LETT. 78 19. 2893-2895 (2001)
• [文献書誌] T.Wang: "Influence of InGaN/GaN quantum-well structure on the performance of light-emitting diodes and laser diodes grown on sapphire substrate"Journal of Crystal Growth. 224. 5-10 (2001)
• [文献書誌] T.Wang: "Modulation-doping influence on the photoluminescence from the two-dimensional electron gas of AlGaN/GaN heterostructures"Phys.Rev.B. 63. 205320 (2001)
• [文献書誌] T.Wang: "Investigation of the emission mechanism in InGaN/GaN-based light-emitting diodes"Appl.Phys.Lett. 78 18. 2617-2619 (2001)
• [文献書誌] J.Bai: "Study of the strain relaxation in InGaN/GaN multiple quantum well atructures"J.Appl.Phys.. 90 4. 1740-1744 (2001)
• [文献書誌] T.Wang: "A HIGH OUTPUT POWER AlGaN/GaN-BASED ULTRA-VIOLET LIGHT-EMITTING DIODES WITH A 350nm EMISSION LENGTH"J.Crystal Growth. 235. 177-182 (2001)