| 研究課題/領域番号 |
19K15025
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
正直 花奈子 三重大学, 工学研究科, 助教 (60779734)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 窒化物半導体 / 気相成長 / 界面制御 |
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| 研究実績の概要 |
窒化物半導体の窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）は励起子束縛エネルギーが室温以上であり、従来の用途に加えて量子光学応用に適した物性を有する。しかし、AlGaNにおいては量子井戸を作製した際の界面揺らぎの影響が、励起子ボーア半径が大きな半導体に比べて、より顕著であることが考えられる。本研究では、AlGaN気相成長において、原子層レベルの界面揺らぎの制御と、それが光学特性に与える影響を明らかすることを目的とする。
2021年度は、表面形態と転位密度の異なるAlNテンプレート上に発光層となるAlGaN/AlGaN量子井戸を積層し、その光学特性をカソードルミネッセンス（CL）を用いて調べた。下地のAlGaN成長もしくはAlN成長の際にらせん転位を起点としたスパイラル成長が起こった場合、その上のAlGaN/AlGaN量子井戸から得られるCL発光強度は低下する。このらせん転位転位起因のスパイラル成長によるヒロック形成は、基板微傾斜角の導入により抑制することができ、ヒロック形成の抑制によりCL発光強度は改善する。しかし、基板の微傾斜角が0.6°より大きい場合、ステップバンチングを呈する表面になり、CL発光強度が低下に転ずることがわかった。更に、AlGaN/AlGaN量子井戸積層前にn型AlGaN層を積層するか否かで室温の発光強度及び時間分解フォトルミネッセンス（PL）測定による室温の非輻射発光寿命が大きく異なることを見出した。AlN直上にAlGaN/AlGaN量子井戸を積層した場合、CLおよびPL発光強度が低く、非輻射発光寿命が短く、CLのパンクロマップから転位起因のダークスポットコントラストが得られないことから、n型AlGaN層の積層によるAlGaN/AlGaN量子井戸構造の点欠陥密度の低減が考えられることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
AlNやAlGaNの表面形態および転位密度が光学特性に与える影響を確認することができており、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
AlNのドライエッチングによりマイクロメーターサイズのメサパターンを形成しその上に選択AlN成長を行うことで、これまでよりさらに平坦な基板微傾斜起因のマクロステップの存在しないAlN表面を実現する。その上にn型AlGaN層発光層となる(Al)GaN/Al(Ga)N量子井戸構造を作製し、光学特性を評価する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予定していた国際学会が、新型コロナウイルスの感染状況を鑑み、複数オンライン開催となり、測定を行うための出張もできなくなったため旅費が削減された。また、サファイア基板のオフ角を変更することなくMOVPE成長条件だけで表面形態を制御できたためサファイア基板代を節約できた。一方、光学特性と比較する上で、断面透過型電子顕微鏡、二次イオン質量分析などの依頼分析の結果が必要であることが明らかになったので次年度以降も依頼分析のために予算を確保する予定である。次年度も、オンライン学会になる見通しが高く、これらの予算を活かして研究計画で将来展望としたフォトニック結晶などの有限差分時間領域法の計算を行うための予算として使用する。
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