2014 Fiscal Year Annual Research Report
新規窒化物半導体共振器構造による光制御に関する研究
| Project/Area Number |
13J10877
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
正直 花奈子 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 窒化物半導体 / 結晶成長 / エピタキシャル成長 / 有機金属気相エピタキシャル成長 / InGaN / MOVPE |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物半導体は、(i)全可視光域をカバーするバンドギャップエネルギー、(ii)室温でも安定な励起子の二つの特性を有する。本研究の大目的である集積化が可能な窒化物半導体の新規共振器構造を用いて量子光学的事象発現の実証を達成するためには、上記の両方を活かす結晶成長技術と素子構造作製技術が必須である。
本年度は、主に(i)の特性を発揮する結晶成長技術の確立と(i)の特性を活かしたデバイス実証を行った。具体的には、有機金属気相エピタキシャル法（MOVPE法）を用いて、窒化ガリウム(GaN)と窒化インジウム(InN)の混晶である窒化インジウムガリウム(InGaN)の結晶成長を行った。この際、結晶成長の面方位としてN極性(000-1)(-c面)を選択し、１．MOVPE成長-c面InGaN/GaN多重量子井戸(MQW)構造の成長条件最適化、および２．-c面InGaN/GaN MQW発光ダイオード（LED）の動作実証を行った。具体的には前年度の研究結果を元に１．では、InGaN/GaN MQW構造成長のGaNバリア層への水素ガスの導入に加えて、意図的にInGaN井戸層とGaNバリア層それぞれに異なるアンモニア流量を設定することで異なるV/III比を設定した。この結果、前年度の問題となった準安定相の混在を実現しつつ比較的平坦かつ高InNモル分率のInGaN/GaN MQWs構造の成長を実現した。このMQW構造を活性層として、-c面InGaN/GaN MQW LEDの作製を行った。この結果、２．において、MOVPE法を用いて初めて-c面InGaN/GaN MQW LEDによる赤から青までの可視光全域波長での発光の実証に成功した。
今後、p型GaN層の正孔濃度を向上させることで、LEDの発光効率の向上を行う。また、-c面の組成むらと発光機構の原因を解明することを目指す。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
集積化が可能な窒化物半導体新規共振器構造を用いて量子光学的事象発現の実証を大きな目標として掲げ、本年度はその励起光源として、広い範囲での波長選択が可能なInGaNの特性を-c面という新規の面方位を用いることで充分に実証することができた。具体的には、初めて-c面InGaNを用いて赤から青色までの発光を有するLEDを実現した。これらの成果により応用物理学会講演奨励賞を始め5つの賞を受賞している。また、発光の狭線幅化につながる平坦な-c面InGaN/GaN MQW構造の成長技術の確立も行っており、おおむね順調に研究が進展していると判断できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度行ったMOVPE成長-c面InGaN光学素子による全可視光域での波長発光の実証に続き、その発光効率向上のための-c面p型GaNの正孔濃度の改善を行う。また、初年度に明らかにしたMOVPE成長-c面InGaN成長におけるc面サファイア基板微傾斜角のInNモル分率への影響より、ステップ端におけるIn取り込みによる発光線幅の広がりが問題であることがわかったため、これの原因となるGaNテンプレート表面のステップバンチングの問題を解決し発光の狭線幅化を試みる予定である。
|
| Remarks |
松岡研HP
http://www.matsuoka-lab.imr.tohoku.ac.jp/?TOPPAGE
|
Research Products
(27 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Control of GaN growth orientation by MOVPE2014
Author(s)
T. Tanikawa, K. Shojiki, T. Aisaka, T. Kimura, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, T. Mastsuoka, Y. Honda, and H. Amano
Organizer
2nd Intensive Discussion on Growth of Nitride Semiconductors (IDGN-2)
Place of Presentation
東北大学
Year and Date
2014-10-30 – 2014-10-30
Invited
-
-
-
[Presentation] MOVPE growth of GaN on ScAlMgO4 substrate2014
Author(s)
T. Iwabuchi, S. Kuboya, T. Tanikawa, K. Shojiki, R. Katayama, T. Hanada, A. Minato, T. Fukuda, and T. Matsuoka
Organizer
International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN 2014)
Place of Presentation
ブロツワフ（ポーランド）
Year and Date
2014-08-28 – 2014-08-28
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] MOVPE growth of GaN on ScAlMgO4 substrate2014
Author(s)
T. Iwabuchi, S. Kuboya, T. Tanikawa, K. Shojiki, R. Katayama, T. Hanada, A. Minato, T. Fukuda, and T. Matsuoka
Organizer
33th Electronic Materials Symposium
Place of Presentation
ラフォーレ修善寺（静岡県伊豆市）
Year and Date
2014-07-10 – 2014-07-10
-
-
-
[Presentation] 窒化物半導体極性反転ヘテロ構造の非線形光学素子応用2014
Author(s)
片山竜二, 吉野川伸雄, 正直花奈子, 谷川智之, 窪谷茂幸, 松岡隆志
Organizer
日本学術振興会ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会 第86回委員会・第90回研究会
Place of Presentation
名城大学名駅サテライト（MSAT）
Year and Date
2014-07-04 – 2014-07-04
Invited
-
-
-
