シリコン基板上ガリウム砒素・ガリウム窒素の結晶成長と機能デバイスの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305021
• 研究機関: 中部大学
• 研究代表者: 梅野 正義 中部大学, 工学部, 教授 (90023077)
• 研究分担者: 曽我 哲夫 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (20197007) ; 江川 孝志 名古屋工業大学, 極微構造デバイス研究センター, 教授 (00232934) ; 神保 孝志 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (80093087) ; 石川 博康 名古屋工業大学, 極微構造デバイス研究センター, 助手 (20303696)
• キーワード: シリコン上化合物半導体 / GaAs on Si / GaN on Si / Si上レーザー / Si上LED / Si上タンデム太陽電池 / 転位の不活性化 / Si上ヘテロエピタキシー

研究概要

シリコン(Si)基板上に化合物半導体(GaAsとGaN)をヘテロエピタキシャル成長を行い、その結晶性を評価し、デバイスとしてレーザー、太陽電池および発光ダイオードを試作した。
(1)GaAs/Si
Si上にGaAsを成長した場合に、非常に多くの転位欠陥を発生するがその転位を再結合センターとして働かないようにして、少数キャリアデバイスとしてのレーザーや太陽電池の効率および寿命の大幅な改善を行った。H_2プラズマやPH_3プラズマの照射が極めて有効であることを明らかにした。
(2)GaN/Si
これまでのGaNのエピタキシャル成長はサファイア上に行っていたが、サファイアが絶縁体であるので、多くの欠陥密度の発生を伴うと共に静電破械でデバイスを損うことが多かった。それを大面積で、導電性があり、しかも低コストのSi基板を用いて、その上にGaNのヘテロエピ成長を行い、良好な結晶成長を得ることが出来た。
そしてGaN/Si LEDを試作し、明るいLEDが出来、将来は安価で静電破械も無く明るい実用的なLEDが出来ることを明らかにした。これらの成果は、各種の新聞にて大きく取り挙げられた。

研究成果

• [文献書誌] B.Zhang, T.Egawa, H.Ishikawa, T.Jimbo, M.Umeno: "InGaN Multiple-Quantum Well Light Emitting Diodes on Si(111) Substrates"Physica Status Solid. 188・1. 151-154 (2001)
• [文献書誌] G.Wang, T.Ogawa, T.Soga, T.Jimbo, M.Umeno: "A detailed study of H_2 plasma passivation effects on GaAs/Si solar cell"Solar. E. Mat. & Solar Cells. 66. 599-605 (2001)
• [文献書誌] K.Akahori, G.Wang, K.Okumura, T.Soga, T.Jimbo, M.Umeno: "Improvement of the MOCVD-grown InGaP-on-Si towards high-efficiency solar cell application"Solar E. Mat. & Solar Cells. 66. 593-598 (2001)
• [文献書誌] S.Saravanan, Y.Hayashi, T.Soga, T.Jimbo, M.Umeno: "Growth and characterization of GaAs epitaxial layers on Si/porous/Si by chemical vapordeposition"J. Appl. Phys.. 89. 5215-5218 (2001)
• [文献書誌] G.Wang, T.Ogawa, T.Soga, T.Jimbo, M.Umeno: "Passivation of dislocations in GaAs on Si by phosphine (PH_3) plasma exposure"Appl. Phys. Lett.. 78. 3463-3465 (2001)
• [文献書誌] G.Wang, T.Ogawa, F.Kunimasa, M.Umeno, T.Soga, T.Jimbo: "Hydrogen Plasma Passivation of Bulk GaAs and Al GaAs/GaAs Multiple Q. W. Structure on Si"J. Electron. Mater. 30. 845-849 (2001)