無転位III-V-N混晶-シリコン融合システムのデバイスプロセス

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15002007
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668)
• 研究分担者: 若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (00230912) ; 古川 雄三 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (20324486)
• キーワード: III-V-N混晶 / デバイスプロセス / InGaPN / GaPN / 格子整合 / 発光効率 / 格子間原子 / 光-電子融合システム

研究概要

本研究の課題は次の三点から成る。(1)III-V-N混晶の光・電子物性の解明と高品質化。(2)Si-III-V-N混晶のデバイスプロセス。(3)光-電子融合システムの検討と単位回路の作製。
(1)については、これまでIn組成の小さい間接遷移型のInGaPNの成長に限られていたが、In組成の大きい直接遷移型のInGaPN量子井戸層を初めて成長することに成功した。また、Si基板に格子整合した直接遷移型InGaPN/GaPN歪量子井戸構造では、発光素子に必要なバンドオフセットが得られることがわかった。クラッド層または障壁層となるGaPNのn形およびp形不純物のドーピングについては、ドナーから発生した電子がN原子起因の点欠陥に捕獲されることがわかった。一方、アクセプターのMgを添加すると、正孔はN原子起因の点欠陥には捕獲されず、点欠陥が減少して発光効率が向上することが明らかになった。また、プラズマセルから放出されるNイオンを除去することによって、Gaの格子間原子が減少し、発光効率が向上することがわかった。
(2)および(3)については、二成長室型MBE装置を用いてSiエピ層へのP原子の混入を抑制することができた。その上に立って、Si基板上にSi/(InGaPN/GaPNダブルヘテロ(DH)構造)を成長することができた。新たに開発したSiとIII-V-N混晶に整合したプロセス技術を用いて、Si層にMOSFETを、DH層にLEDを作製した。その結果、正常なMOSFETの特性とピーク波長690nmの発光を同一チップ上で初めて得ることができた。これにより、デバイスプロセスの有効性が実証され、Si LSIと発光素子を自在に組み合わせたワンチップの光-電子融合システムを実現できる見通しが得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical Properties of n-type GaPN Grown by Molecular-Beam Epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Furukawa, H.Yonezu, A.Wakahara Y.Yoshizumi, Y.Morita, A.Sato
  • 雑誌名: Applied Physics Letters (to be published)
• [雑誌論文] Analog Integrated Circuit for Edge Detection with Wide Dynamic Range Based on Vertebrate Outer Retina (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Sawa, K.Nishio, Y.Furukawa, H.Yonezu, J.-K.Shin
  • 雑誌名: Intelligent Automation and Soft Computing Vol.11(to be published)
• [雑誌論文] Growth of Low-Dislocation-Density AlN under Ga Irradiation (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Nakajima, Y.Furukawa, H.Yokoya, S.Yamaguchi, H.Yonezu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.4A(to be published)
• [雑誌論文] Effect of Nitrogen Ion Bombardment on Defect Formation and Luminescence Efficiency of GaNP Epilayers Grown by Molecular-Beam Epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: U.Dagnelund, I.A.Buyanova, T.Mchedlidze, W.M.Chen, A.Utsumi, Y.Furukawa, A.Wakahara, H.Yonezu
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol.88,No.10 ページ: 101904-1-101904-3
• [雑誌論文] Analog Integrated Circuit for Detection of an Approaching Object with Simple-Shape Recognition Based on Lower Animal Vision (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Nishio, H.Yonezu, Y.Furukawa
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Vol.E89-A, No.2 ページ: 416-427
• [雑誌論文] Point Defects in Dilute Nitride III-N-As and III-N-P (2006)
  • 著者名/発表者名: W.M.Chen, I.A.Buyanova, C.W.Tu, H.Yonezu
  • 雑誌名: Physica B Vol.376-377 ページ: 545-551
• [雑誌論文] Effect of Indium on Photoluminescence Properties of InGaPN Layers Grown by Solid Source Molecular Beam Epitaxy (2005)
  • 著者名/発表者名: S.M.Kim, Y.Furukawa, H.Yonezu, K.Umeno, A.Wakahara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44,No.12 ページ: 8309-8313
• [雑誌論文] Analog Integrated Circuit for Edge Detection with Massively Parallel Processing Based on Vertebrate Outer Retina (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Furukawa, H.Yonezu, S.Sawa, K.Nishio, J.-K.Shin
  • 雑誌名: Sensors and Materials Vol.17,No.5 ページ: 299-306
• [雑誌論文] Step Control of Vicinal 6H-SiC(0001) Surface by H_2 Etching (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Nakajima, H.Yokoya, Y.Furukawa, H.Yonezu
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.97 ページ: 104919-1-104919-5
• [雑誌論文] Growth of B_xAl_<1-x>N Layers Using Decaborane on SiC Substrates (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Nakajima, Y.Furukawa, H.Yokoya, H.Yonezu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.278 ページ: 437-442
• [雑誌論文] Dislocation- Free In_xGa_<1-x>P_<1-y>N_y/GaP_<1-z>N_z Double -Heterostructure Light Emitting Diode on Si Substrate (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Y.Moon, H.Yonezu, Y.Furukawa, S.M.Kim, Y.Morita, A.Wakahara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44,No.4A ページ: 1752-1755
• [雑誌論文] Properties of Ga-Interstitial Defects in Al_xGa_<1-x>N_yP_<1-y> (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Q.Thinh, I.P.Vorona, I.A.Buyanova, W.M.Chen, Sukit Limpijumnong, S.B.Zhang, Y.G.Hong, H.P.Xin, C.W.Tu, A.Utsumi, Y.Furukawa, S.Moon, A.Wakahara, H.Yonezu
  • 雑誌名: Physical Review B Vol.71,No.12 ページ: 125209-1-125209-9
• [雑誌論文] Effects of Rapid Thermal Annealing on Optical Properties of GaN_xP_<1-x> Alloys Grown by Solid Source Molecular Beam Epitaxy (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Izadifard, I.A.Buyanova, J.P.Bergman, W.M.Chen, A.Utsumi, Y.Furukawa, A.Wakahara, H.Yonezu
  • 雑誌名: Semiconductor Science and Technology Vol.20 ページ: 353-356
• [雑誌論文] Defects in Dilute Nitrides (2005)
  • 著者名/発表者名: W.M.Chen, I.A.Buyanova, C.W.Tu, H.Yonezu
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica A Vol.108,No.4 ページ: 571-579
• [図書] ニューロインフォマティクス:第6章6.1 初期視覚情報処理を行うアナログ・ビジョンチップ (2006)
  • 著者名/発表者名: 米津宏雄
  • 出版者: オーム社(出版予定)
• [産業財産権] 半導体装置及びその製造方法 (2001)
  • 発明者名: 米津宏雄
  • 権利者名: (独)科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 待許、特願2001-263610
  • 出願年月日: 2001-08-31
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より