InGaN系半導体光材料のナノポテンシャル制御とデバイス応用

InGaN基半导体光学材料的纳米电位控制及器件应用

基本信息

批准号：
22K14613
负责人：
松田祥伸
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyoto 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-22K14613/
关键词：
窒化物半導体半極性面マイクロ構造発光ダイオード

项目摘要

本研究は，窒化物半導体InGaNをベースとした単色発光デバイスの高効率化を目的として，InGaN系発光デバイスを，オフ角をつけた特殊な非極性面基板に作製し，その結晶品質の向上を狙うものである．本年度は，始めに微傾斜{11-22}GaN基板の詳細設計を検討し，[1-100]方向に1度，３度，５度傾いた基板を実際に基板メーカーに作製いただき，その表面状態をノマルスキ顕微鏡および原子間力顕微鏡によって評価した．その結果，オフ角に関わらず原子レベルで平坦な表面が得られていることを確認した．また化学機械研磨後の段階では，表面モフォロジーにオフ角依存性は無く同様に平坦であった．次に，これらの基板の上にGaN薄膜をエピタキシャル成長し，オフ角の効果を検証することを試みた．しかしながら，成長後の表面状態が悪く，結晶成長に不十分であることが判明したため，基板メーカーと加工条件の最適化を進めることとした．一方で，オフ角をつける別のアプローチとして，サーマルリフロー法を用いてマイクロスケールの凸レンズ状構造を形成することを試みた．これにより，局所的にオフ角が変化するマイクロ構造を基板面内に作製できた．続いて，マイクロ構造上にGaNホモエピタキシャル膜およびInGaN発光層の結晶成長を行った．その結果，特徴的なInGaN発光層の発光波長分布が見られた．すなわち，オフ角をつける結晶方位([1-100]と[11-2-3]方向)に応じて発光波長が変化し，中心対称性なマイクロレンズ構造内で異方的な波長分布が確認された．

在本研究中，为了提高基于氮化物半导体InGaN的单色发光器件的效率，我们在具有偏角的特殊非极性衬底上制作了InGaN发光器件，并提高了器件的晶体质量。目标是什么。今年，我们将首先考虑稍微倾斜的{11-22} GaN衬底的详细设计，并让衬底制造商实际制造在[1-100]方向倾斜1、3和5度的衬底。使用诺马斯基显微镜和原子力显微镜评估条件。结果，证实无论偏角如何，都获得了原子水平的平坦表面。此外，在化学机械抛光后的阶段，表面形态没有偏角依赖性并且同样平坦。接下来，我们尝试在这些衬底上外延生长GaN薄膜并验证斜角效应。然而，我们发现生长后的表面状况较差，不足以进行晶体生长，因此我们决定与基板制造商合作优化加工条件。另一方面，作为另一种产生斜角的方法，我们尝试使用热回流方法形成微型凸透镜状结构。因此，我们能够在基材表面内创建具有局部变化的偏角的微结构。接下来，在微结构上生长GaN同质外延膜和InGaN发光层。结果，观察到了InGaN发光层的特征发射波长分布。换句话说，发射波长根据斜角晶体取向([1-100]和[11-2-3]方向)而变化，并且在中心对称微透镜结构内确认了各向异性波长分布。