点欠陥制御による非輻射再結合中心の抑制と低抵抗p型AlGaNの実現

通过点缺陷控制抑制非辐射复合中心并实现低电阻p型AlGaN

基本信息

批准号：
21J15559
负责人：
赤池良太
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15559/
关键词：
半極性 AlGaN 有機金属気相成長法有機金属気相成長

项目摘要

深紫外LEDは従来の深紫外光源である水銀ランプ等を置き換えることが期待される。また、波長230 nm以下のfar-UVC光は殺ウイルス作用があるが人体には無害ということが近年知られてきた。一方、AlGaN系深紫外LEDの効率は短波長になるにつれ低下し、波長230 nmでは外部量子効率は1%にも達していない。そこで本研究では、これら波長域での高効率な深紫外LEDの高効率化を目的としている。その方法として、半極性r面の利用が考えられる。これまでr面AlGaNにおいて、低ピット密度の平坦な表面を得るには高圧成長を行うことが必要だった。一方、高圧成長では原料ガスが基板に到達するまえに消費され、原料利用効率が悪化するという産業上見過ごせない課題を有している。そこで、産業応用を見据えて低圧(~38 Torr)下において、有機金属気相成長法にて成長条件の精査を行った。その結果、低圧下であっても、N元素源であるアンモニア流量を調節することで低ピット密度かつ表面平坦粗さのRMS値が1 nmを切る平坦なr面AlGaNが得られた。また、フォトルミネッセンス(PL)測定より、現在利用されている面であるc面上のAlGaN/AlN量子井戸と半極性r面上のそれの弱励起条件下における内部量子効率が、波長~225 nmにおいてc面上は1.6 %であるのに対し、r面上は5.4 %と3.5倍に向上することが分かった。時間分解PLも組み合わせると、その理由は輻射再結合確率がr面ではおよそ2倍に向上すること、非輻射再結合中心の密度がr面では低減されているためだと分かった。また、半極性面では成長方向の分極が小さいため、分極ドーピングによってp型層を得ることは不可能だと考えられていたが、r面のようにc面からのなす角度がほどほどの角度であれば半極性面であっても分極ドーピングが可能であることを理論的に示した。

深紫外 LED 有望取代传统的深紫外光源，例如汞灯。另外，最近发现波长为230nm以下的远UVC光具有杀病毒作用，但对人体无害。另一方面，AlGaN基深紫外LED的效率随着波长变短而降低，在波长230 nm时，外量子效率达不到1%。因此，本研究的目的是提高在这些波长范围内高效的深紫外 LED 的效率。一种可能的方法是使用半极性 r 平面。到目前为止，需要高压生长才能在r面AlGaN中获得具有低凹坑密度的平坦表面。另一方面，在高压生长中，原料气体在到达基板之前就被消耗掉，导致原料利用效率较差，这是工业上不可忽视的问题。因此，着眼于工业应用，我们仔细研究了低压（~38托）下金属有机气相外延的生长条件。结果，即使在低压下，通过调节作为N元素源的氨的流量，也可以获得具有低凹坑密度和表面粗糙度RMS值小于1nm的平坦r面AlGaN。此外，光致发光（PL）测量表明，弱激发条件下当前使用的c平面上的AlGaN/AlN量子阱和半极性r平面上的内量子效率在波长~225 nm处被发现。 c面为1.6%，r面为5.4%，提高了3.5倍。当时间分辨PL也被组合时，我们发现其原因是r平面中的辐射复合概率增加了大约两倍，并且r平面中非辐射复合中心的密度减少了。另外，由于半极性面上生长方向的极化较小，因此认为不可能通过极化掺杂获得p型层，我们从理论上证明即使在半极性面上也可以进行极化掺杂。