2014 Fiscal Year Annual Research Report
ワイドギャップ半導体における正孔注入手法の革新と新規発光素子への展開
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26286045
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
竹内 哲也 名城大学, 理工学部, 准教授 (10583817)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | エピタキシャル / トンネル現象 / 誘電体物性 / 半導体物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ワイドギャップ半導体における高効率正孔注入に向けた(1)トンネル接合、(2)巨大分極利用、(3)価電子帯制御の三つに関して、今年度得られた成果は以下のとおりである。
(1)トンネル接合：青色LED上において、Si添加量を最適化することで厚さ5nm以下の低抵抗(0.1V)・極薄トンネル接合を実現した。この極薄トンネル接合を、Al0.6Ga0.4Nを用いた深紫外LED上に形成したところ、初めて正孔注入に成功した。しかしながら、その駆動電圧は17Vと高く、AlGaN紫外LED上での最適化が必要なことがわかった。一方、埋め込みトンネル接合電流狭窄構造では、表面平坦性の劣化や駆動電圧の上昇が成長条件や電極形状の最適化により解決されつつあり、紫外面発光レーザへの適用が期待できるレベルに到達した。。
(2)巨大分極利用：分極によりキャリアが生成する機構を、特に重要なアクセプタ不純物が添加されている場合について理論検討し、その結果、正の分極電荷周辺にのみアクセプタ不純物を添加すれば良いことが理解された。その結果をもとに、従来の不純物添加では正孔の生成が難しい高Al組成AlGaN/AlN構造における正孔生成を検証したが、明確な正孔生成は得られなかった。この原因のひとつとして、AlNテンプレートの結晶性が十分でないことが考えられ、AlN中間層を導入することでN極性柱状結晶のない良好なAlNテンプレートが実現し、今後、このAlNテンプレート上にAlGaN/AlN構造を形成することで、正孔生成が期待できる。
(3)価電子帯制御：様々な成長条件を用いて、GaNにSbを添加させた。その結果、従来よりも200℃低い成長温度と水素キャリアを用いることで、約1%のGaSbモル分率を有する良好なGaNSb単結晶薄膜を実現した。さらに、そのGaNSb結晶の電気伝導を検証したところ、アンドープにも関わらず強いn型を示すこともわかった。また、AlNへのSb添加も行い、初めてAlNSb混晶の作製を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)トンネル接合では、紫外LED用トンネル接合のベース構造が決定し、また、埋め込み電球狭窄構造は再現性よく形成できることがわかった。
(2)巨大分極利用では、正孔生成機構の理論的理解が進み、実証に至っていないものの、AlNテンプレートの結晶性改善も実現し、今後に期待ができる。
(3)価電子帯制御では、良好な結晶性を有するGaN0.99Sb0.01混晶やAlNSb混晶を実現した。電気的特性の評価も進み、n型伝導を示すことが明らかになり、その原因について検討することでp型化への道筋が明らかになると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
以下のように、各手法のさらなる進展に注力する。
(1)トンネル接合：AlGaN紫外LED上への低抵抗・極薄トンネル接合を形成し、良好な正孔注入を実現する。また、埋め込みトンネル接合を面発光レーザに組み込み、低しきい値化を目指す。
(2)巨大分極利用：高品質AlNテンプレート上に、組成傾斜コンタクト層を組み込んだ高Al組成AlGaN/AlN構造を形成し、高Al組成AlGaNであっても正孔蓄積が可能なことを実証する。さらに、組成傾斜活性層へと展開し、実際の紫外発光素子構造への適用を目指す。
(3)価電子帯制御：n型になる原因を追究し、解決することでp型化を目指す。仮に、n型化する原因解明が困難だった場合は、（1）のトンネル接合と組み合わせることで、低温成長可能なp側層構造の形成を進める。さらに、高Sb組成GaNSbや格子整合AlGaNSb/GaN構造の検討を進める。
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| Causes of Carryover |
巨大分極による正孔生成が高Al組成AlGaN/GaN構造では未達であったため、素子構造作製を延期した。その結果、素子作製用フォトマスクなどの費用を繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度は、上記正孔生成を実現し、それを用いた素子構造を作製する予定であり、そのためのフォトマスク費用とする。
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[Presentation] Carrier gas dependence on GaNSb MOVPE growth2015
Author(s)
Daisuke Komori, Hiroki Sasajima, Kaku Takarabe, Kenta Suzuki, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Motoaki Iwaya, and Isamu.Akasaki
Organizer
The 3rd International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications
Place of Presentation
Yokohama, Japan
Year and Date
2015-04-22 – 2015-04-24
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[Presentation] MOVPE grouwth of AlNSb alloys2015
Author(s)
Kenta Suzuki, Daisuke Komori, Hiroki Sasajima, Kaku Takarabe, Tetsuya Takeuchi, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki
Organizer
The 3rd International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications
Place of Presentation
Yokohama, Japan
Year and Date
2015-04-22 – 2015-04-24
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