CrNをバッファ層として用いたAlGaNテンプレイト作製技術の開発

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: ちょ 明煥 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (00361171)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花田 貴 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80211481)
• Keywords: 薄膜成長 / 光素子 / 窒化物半導体

Research Abstract

平成18年度は、前年度に行った研究結果に基づいて、青色発光ダイオードにおける光取り出し効率の改善までも念頭にしたGaNテンプレイト作製技術を開発した。
1.高効率紫外発光ダイオード実現に向けた高品質AlGaNテンプレイトの作製
本研究で提案したCrNバッファ層は、それ自体で光乱反射の機能を実現できる可能性がある。そこで、本研究課題では次に掲げるアプローチによりバッファ層となるCrNの表面構造を制御して、選択横方向成長実現による欠陥密度のさらなる低減とともに、デバイスの光取り出し効率の高いGaNテンプレイト作製を目指す。
2.パターニングCrN薄膜上へのGaN成長
我々はCrNバッファ層がGaN成長核として働くことを示してきた。さらに、パターニングCrN薄膜を用いて選択横方向成長による転位密度の減少と光の乱反射効果を同時に得ることが出来る。本研究ではMBEによるCrN成長してストライプパターニングを行い、その上にHVPEによる厚膜GaNの成長をする。CrN薄膜のパターニングは、電子ビームリソグラフィ技術と化学エッチング技術を駆使して、ストライプの間隔、深さを変化させながら、選択横方向成長の成長条件を求める。
3.自然発生的なCrN薄膜表面モルフォロジの利用
MBE法により作製するCrN薄膜の自然発生的に生ずるアイランド構造などの表面モルフォロジをうまく利用すれぱ、選択横方向成長を実現し、欠陥密度をさらに低減できる可能性がある。前年度得られた知見を参考にしながら、CrN薄膜の表面モルフォロジの制御によって、選択横方向成長の成長条件を求め、MBE法によるCrN薄膜成長条件とHVPE法によるGaN成長条件を最適化する。
4.多欠陥層の成長制御:
低欠陥フリースタンディングGaN基板を作製するためにHVPE用バッファー層として多欠陥層の導入を独自に開発した実績がある。サファイア基板上へのGaNのHVPE成長において、多欠陥層をバッファ層として導入した場合、これによって貫通転位密度が減少することが観察された。最後に、メイン成長として200μmのGaNを成長した。この研究成果は本研究でも適用可能な技術である。低欠陥クラックフリー_xGaNテンプレイトを作製するためHVPE用GaNバッファー層として多欠陥層を開発し、これによって貫通転位密度のさらなる減少する。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of the relation between leakage current and dislocations in GaN-based Light-emitting devices (2007)
  • Author(s): SW.Lee, DC.0h, H Goto, JS Ha, HJ Lee, T Hanada, MW.Cho, SK.Hong, HY.Lee, SR.Cho, JW.Choi, JH.Choi, JH.Jang, JE.Shin, JS.Lee, T Yao
  • Journal Title: Physica Status Solidi C 4・1 Pages: 37-40
• [Journal Article] Growth of thick GaN layers on c-plane sapphire substrates using stress absorbing layer (SAL), (2007)
  • Author(s): H Goto, SW Lee, J Kinomoto, ST Kim, H C. Ko, MW.Cho, T Yao
  • Journal Title: Physica Status Solidi C 4・1 Pages: 116-119
• [Journal Article] Novel buffer layer for the growth of the GaN on c-sapphire (2006)
  • Author(s): WH Lee, SW Lee, H Goto, H ko, MW Cho, T Yao
  • Journal Title: Physica Status Solidi C 3・6 Pages: 1388-1391
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [Journal Article] Structural properties of CrN buffers for GaN growth (2006)
  • Author(s): Lee WH, Im IH, Minegishi T, Hanada T, Cho MW, Yao T, Oh DC, Han CS, Koo KW, Kim JJ, Sakata 0, Sumitani K, Cho SJ, Lee HY, Hong SK, Kim ST
  • Journal Title: JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY 49 3 Pages: 928-933
• [Journal Article] 0rigin of forward leakage current in GaN-based light-emitting devices (2006)
  • Author(s): Lee SW, Oh DC, Goto H, Ha JS, Lee HJ, Hanada T, Cho MW, Yao T, Hong SK, Lee HY, Cho SR, Choi JW, Choi JH, Jang JH, Shin JE, Lee JS
  • Journal Title: Applied Physics Letters 89 Pages: 132117