超ワイドギャップAlN系半導体の超高温エピタキシャル成長による低転位化とデバイス

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206003
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 天野 浩 名城大学, 理工学部, 教授 (60202694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上山 智 名城大学, 理工学部, 助教授 (10340291)
• Keywords: AlN / 紫外レーザダイオード / 紫外発光ダイオード / ELO / サファイア / 紫外フォトダイオード / 超高温MOVPE

Research Abstract

GaN系およびGaInN系ナイトライドは、本申請者等が開発した低温堆積層によるサファイア基板の表面制御法が世界標準となり、既に青色LED、緑色LED、白色LEDや紫色LDなどへ応用され、実用化している。ナイトライドの応用は可視光に留まらない。癌細胞・殺菌への照射死滅・DNA選別、近視治療、皮膚病治療など生体応用、色彩制御型高効率・長寿命・高性能照明等への応用、エキシマレーザを代替する超高精細加工等、紫外〜深紫外発光素子はAlN系ナイトライドによってのみ実現可能である。従来、AlN系ナイトライドは1,200℃程度で製膜が行われていたが、本申請者は独自の表面泳動の実験より、高品質エピタキシャルAlN膜を得るためには、(1)AlN基板上に製膜すること、および(2)1,800℃以上の高温で製膜することが必要であることを見出した。本研究の目的は、結晶品質としてはいまだ未開拓の超ワイドギャップAlN系半導体の開発のため、
1.AlN基板の開発
2.AlN基板上への超高温MOVPE法による低転位AlN薄膜の成長、および
3.低転位AlN薄膜上へのAlGaN量子構造による深紫外発光・受光素子の開発を目指す。
本年度は、紫外発光素子の下地層としてサファイア基板上に1,100〜1,350℃にてAlGaNの厚膜成長を行った。成長速度および混晶組成の成長温度依存性を熱力学的に解析し、実験的に検証した。Al組成30%程度で、20μm/h以上の高速成長を実現した。表面は原子ステップが明瞭に観察されるなど原子レベルで平坦であった。
またその上に紫外LEDを試作し、320nm付近でのバンド端近傍の発光を確認した。

Research Products

• [Journal Article] Microstructure of thick AlN grown on sapphire by high-temperature MOVPE (2006)
  • Author(s): M.Imura, K.Nakano, T.Kitano, N.Fujimoto, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • Journal Title: Physica Status Solidi (To be published)
• [Journal Article] Growth of High-Quality AlN with High Growth Rate by High Temperature MOVPE (2006)
  • Author(s): N.Fujimoto, T.Kitano, G.Narita, N.Okada, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • Journal Title: Physica Status Solidi (To be published)
• [Journal Article] Thermodynamic Aspects of Growth of AlGaN by High-Temperature Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (2006)
  • Author(s): N.Okada, N.Fujimoto, T.Kitano, G.Narita, M.Imura, K.Balakrishnan, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, K.Shimono, T.Noro, T.Takagi, A.Bandoh
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 45,No.4a(未定)
• [Journal Article] High-Efficiency Nitride-Based Light-Emitting Diodes with Moth-Eye Structure (2005)
  • Author(s): H.Kasugai, Y.Miyake, A.Honshio, S.Mishima, T.Kawashima, K.Iida, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, H.Kinoshita, H.Shiomi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 44,No.10 Pages: 7414-7417