窒化物半導体の結晶極性起因の逆符号分極電荷制御による量子閉じ込め構造の構築

由于氮化物半导体的晶体极性，通过控制相反符号极化电荷来构建量子限制结构

基本信息

批准号：
22K14612
负责人：
正直花奈子
金额：
$ 3万
依托单位：
Mie University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14612/
关键词：
窒化物半導体極性気相成長

项目摘要

窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）はそのバンドギャップエネルギーが深紫外波長域に対応していることから深紫外発光素子応用に有用であり、励起子束縛エネルギーが室温以上であることから従来の用途に加えて量子光学応用に適した物性を有する。また窒化物半導体の最安定相であるウルツ鉱型構造はc軸方向に反転対象が欠如していることから極性を持ち、+c面(N極性(000-1))と-c面（III族極性(0001)）では逆方向の分極（自発分極・圧電分極）を有する。窒化物半導体の極性面成長において、分極効果は電子と正孔の波動関数の重なり積分を小さくして発光効率を低下させる量子閉じ込めシュタルク効果（QCSE）として知られている。本研究では、このQCSEとなる分極効果を逆手にとり、量子光源応用にも有利な物性を有する窒化物半導体において、量子ドットのような局在化したエネルギーポテンシャルの作製方法として、結晶極性起因の逆符号分極電荷の導入を提案している。具体的には、AlNの結晶極性起因の逆符号分極電荷により、分極効果によるAlGaN量子構造のエネルギーポテンシャルの局在化を行う。2022年度は、積層方向に極性反転したAlNテンプレートの作製条件を不純物濃度の観点から詳細に調べ、最適化することができた。さらに、この上にフォトリソグラフィ、ドライおよびウェットエッチングを行うことでAl極性（+c面）とN極性（-c面）が交互に存在するストライプ構造を作製することができた。特にKOHを用いたN極性（-c面）のウェットエッチングにおいてはハードマスクが必要であることを明らかにした。この上にMOVPE成長を行い表面の極性の確認を行った。

氮化铝镓（AlGaN）可用于深紫外发光器件应用，因为其带隙能量对应于深紫外波长区域，并且除了常规应用之外，因为其激子结合能高于室温，并且具有适合量子的物理特性。光学应用。另外，作为氮化物半导体最稳定的相的纤锌矿结构，由于c轴方向上缺乏反转靶而具有极性，具有+c面等极性（N极性（000-1）） )和-c面(III族极性(0001))具有相反方向的极化(自发极化/压电极化)。在氮化物半导体的极面生长中，极化效应被称为量子限制斯塔克效应（QCSE），它会减少电子和空穴的波函数的重叠积分，从而降低发光效率。在这项研究中，我们将利用这种偏振效应，即QCSE，开发一种在氮化物半导体中产生局域能势的方法，例如氮化物半导体中的量子点，其具有有利于量子光源应用的物理特性。符号极化电荷。具体而言，AlGaN 量子结构的能势由 AlN 晶体极性引起的相反符号极化电荷引起的极化效应局域化。 2022年，我们从杂质浓度的角度研究并优化了在堆叠方向上极性反转的AlN模板的制作条件。进而，通过对其进行光刻以及干式和湿式蚀刻，能够制作Al极性(+c面)和N极性(-c面)交替存在的条纹结构。特别是，我们发现使用KOH进行N极性（-c面）湿法蚀刻时需要硬掩模。对其进行 MOVPE 生长以确认表面极性。

项目成果

期刊论文数量（66）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Design and Fabrication of Transverse Quasi-Phase-Matched HfO2/AlN Channel Waveguide for 230-nm Far-UV Second Harmonic Generation

用于 230 nm 远紫外二次谐波产生的横向准相位匹配 HfO2/AlN 通道波导的设计和制造

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Honda;K. Shujiki;H. Miyake;S. Ichikawa;Y. Fuijiwara;M. Uemukai;T. Tanikawa;R. Katayama
通讯作者：
R. Katayama

スパッタアニールAlNの極性制御

溅射退火 AlN 的极性控制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Iwaya;S. Ichikawa;D. Timmerman;J. Tatebayashi;and Y. Fujiwara;正直花奈子,上杉謙次郎,肖世玉,三宅秀人
通讯作者：
正直花奈子,上杉謙次郎,肖世玉,三宅秀人

Fabrication of Face-to-Face Annealed Sputter-Deposited AlN for High EQE 265 nm LEDs

用于高 EQE 265 nm LED 的面对面退火溅射沉积 AlN 的制造

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
W. Ichimiya;S. Ichikawa;S. Kobayashi;J. Tatebayashi;and Y. Fujiwara;Kenjiro Uesugi,Shigeyuki Kuboya,Takao Nakamura,Kanako Shojiki,Shiyu Xiao,Masataka Kubo,Hideto Miyake
通讯作者：
Kenjiro Uesugi,Shigeyuki Kuboya,Takao Nakamura,Kanako Shojiki,Shiyu Xiao,Masataka Kubo,Hideto Miyake

極薄GaN/AlN超格子構造の作製におけるGaN層の膜厚依存性

超薄 GaN/AlN 超晶格结构制造中 GaN 层的厚度依赖性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
杢谷直哉;和田邑一;毛利真一郎;出浦桃子;正直花奈子;三宅秀人;荒木努
通讯作者：
荒木努

Polarity control of sputter-deposited AlN with high-temperature face-to-face annealing

DOI：
10.1016/j.mssp.2023.107736
发表时间：
2023
期刊：
Materials Science in Semiconductor Processing
影响因子：
4.1
作者：
K. Shojiki;K. Uesugi;S. Xiao;H. Miyake
通讯作者：
K. Shojiki;K. Uesugi;S. Xiao;H. Miyake

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通讯作者：
江川勇斗

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O. Chen

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中村拓郎，金澤健，坂口淳一，安中新太郎

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2020
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2019
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通讯作者：
Ryo Tanabe，Naoki Yokoyama，Masahiro Uemukai，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama