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

2002 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: 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) ; 井戸 敏之 中部大学, 工学部, 教授 (60023256) ; 脇田 紘一 中部大学, 工学部, 教授 (20301640) ; 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 / 大面積Si上GaN基板 / Si上青・緑色LED / 高効率Si上タンデム太陽電池 / 転位の不活性化 / Si上の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、発光ダイオードおよび高移動度トランジスタ(HEMT)を試作した。
(1)GaAs/Si
Si上にH_2プラズマやPH_3プラズマの照射することにより、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発光ダイオード、レーザーおよび太陽電池の効率および寿命の大幅な改善を行った。
(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基板上に行っていたが、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供うと共に静電破戒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できた。最近では、4インチのSi基板に一様性の良いGaN結成長にも成功した。そして、InGaN/Si LEDを試作し、明るい青色および緑色のLEDが出来、安価で静電破戒も無く明るい実用的なSi基板上LEDが出来た。
以上の成果は、8件の論文として、国内外の国際的学術誌に発表すると共に、学術誌「応用物理」2003年3月号に招待論文「Si基板上へのGaAs系およびGaN系結晶のヘテロエピタキシーとデバイス応用」として総合研究報告を行った。

研究成果

• [文献書誌] M.Nakaji, T.Egawa, H.Ishikawa, S.Arulkumaran, T.Jimbo: "Characteristics of BCl3 Plasma-Etched GaN Schottky Diodes"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41, No.4B. L493-L495 (2002)
• [文献書誌] T.Egawa, T.Moku, H.Ishikawa, K.Ohtsuka, T.Jimbo: "Improved Characteristics of Blue and Green InGaN-Based Light-Emitting Diodes on Si Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol.41, No.6B. L663-L664 (2002)
• [文献書誌] 石川博康, 江川孝志, 神保孝志: "AlGaN/GaNヘテロ構造の諸特性と高電子移動度トランジスター"電気学会論文誌C. Vol.122-C, No.6. 910-915 (2002)
• [文献書誌] T.Egawa, H.Ohmura, H.Ishikawa, T.Jimbo: "Demonstration of an InGaN-based light-emitting diode on an AlN/sapphire template by metalorganic chemical vapor deposition"Appl. Phys. Lett.. Vol.81, No.2. 292-294 (2002)
• [文献書誌] S.Arulkumaran, M.Sakai, T.Egawa, H.Ishikawa, I.Jimbo, T.Shibata, K.Asai, S.Sumiya, Y.Kuraoka, M.Tanaka, O.Oda: "Improved dc characteristics of AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors on AlN/sapphire templates"Appl. Phys. Lett.. Vol.81, No.6. 1131-1133 (2002)
• [文献書誌] S.Arulkumaran, T.Egawa, H.Ishikawa, T.Jimbo: "Comparative study of drain-current collapse in AlGaN/GaN high-electron-mobolity transistors on sapphire and semi-insulating SiC"Appl. Phys. Lett.. Bol.81, No.16. 3073-3075 (2002)
• [文献書誌] N.Nakada, H.Ishikawa, T.Egawa, I.Jimbo, M.Umeno: "MOCVD growth of high reflective GaN/AlGaN distributed Bragg reflectors"Journal of Crystal Growth. Vol.237-239. 961-967 (2003)
• [文献書誌] M.Sakai, H.Ishikawa, T.Egawa, T.Jimbo, M.Umeno, T.Shibata, K.Asai, S.Sumiya, Y.Kuraoka, M.Tanaka, O.Oda: "Growth of high-quality GaN films on epitaxial AlN/sapphire templates by MOVPE"Journal of Crystal Growth. Vol.244. 6-11 (2003)
• [文献書誌] 梅野正義, 神保孝志, 江川孝志: "Si基板上へのGaAs系およびGaN系結晶のヘテロエピタキシーとデバイス応用"応用物理. 第72巻、第3号総合報告. 273-283 (2003)