量子井戸サブバンド間遷移を用いた窒化物半導体モノポーラ光デバイスの基礎研究

利用量子阱子带间跃迁的氮化物半导体单极光学器件的基础研究

基本信息

批准号：
09750389
负责人：
菊池昭彦
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

窒化物半導体であるGaNとAlNの大きな伝導帯オフセットを近赤外光領域における量子準位間遷移光デバイスへ適用し、優れた耐環境性や波長安定性を有する光デバイスの開発を目指し、分子線エピタキシー(MBE)法による窒化物半導体結晶成長に関する研究を行った。1. MEE法によるGaNの高品質化Ga原子の表面拡散を促進するMigration Enhanced Epitaxy(MEE)法によりGaNを成長するとピット等の無い良好な表面モホロジーが得られることを見出した。MEE法で成長したGaN上に通常のMBE法でGaN:Siを成長した。室温ホトルミネッセンス半値全幅は31meV、室温移動度は372cm^2/Vs(キャリア濃度1.2x10^<17>cm^<-3>)であり、MBE法でAl_2O_3基板上に成長したGaNでは最高レベルの値が得られた。2. GaNの2.6μm/hr高速度成長基板面への活性窒素供給量を増加することにより、2.6μm/hrというMBE法では世界的にも例を見ない高速度でGaNの成長を行った。高速度で成長したGaN結晶の品質は、電気的・光学的特性から見ても低成長速度の場合に対し遜色無く、MBE法による厚膜光デバイスの作製が可能であることを示した。3. InGaN/GaN多重量子井戸、GaN/AlN超格子の試作Gaを連続照射中に活性窒素を断続的に供給するシャッター制御法を用いて15周期のInGaN/GaN多重量子井戸構造を作製したところ、基板温度750℃という高温でもInの取込みが確認され、ヘテロ界面での成長中断無しでデバイス構造の作製が可能であることが示された。X線回折測定では明瞭な高次回折ピークが観察され、良好な界面と周期性を有する多重量子井戸構造の形成が確認された。また、GaNはシャッター制御法、AlNはMEE法を用いてGaN/AlN超格子を成長し、RHEED観測により平坦な成長が行われていることを確認した。4. GaN結晶の表面モホロジーの改善MBE法により成長したGaN結晶は一般に反転ドメイン構造を多く含む窒素極性膜であり、窒素極性膜は表面の平坦性や化学的な安定性でGa極性膜に劣る。ここでは成長初期過程の制御でMBE法でもGa極性を持つ極めて平坦でピット等の無いGaNをAl_2O_3基板上に成長する可能性を見出した。今後はこのGa極性膜を用い、周期の異なるGaN/AlN超格子構造を作製し、ヘテロ界面の評価や量子準位間遷移の光物性の測定等を行う。

我们将GAN和ALN的大型传导带偏移（氮化物半导体）应用于近红外区域的量子过渡光学设备，并研究了使用分子束束增长（MBE）方法来开发具有良好环境抵抗力和波长稳定性的光学设备的硝酸盐半导体晶体生长。 1。高质量的gan，我们发现，当gan通过迁移增强增强的外观（MEE）方法，促进GA原子的表面扩散时，就可以获得一个没有凹坑的良好表面形态。 GAN：SI使用通常的MBE方法在使用MEE方法的GAN上生长。室温的光致发光为31 MEV，室温迁移率为372 cm^2/vs（载体浓度1.2x10^<17> cm^<-3>），并且通过MBE方法获得了Al_2O_3子材料的GAN获得的最高水平。 2。GAN通过增加供应给基板表面的活性氮的高速生长2.6μm/hr，并使用2.6μm/hr的MBE方法以高速生长GAN，而GAN在世界上前所未有。高速生长的GAN晶体的质量也与低增长率的晶体相当，即使在电气和光学特性方面，也可以证明可以使用MBE方法制造厚膜光学设备。 3。原型Ingan/GAN多个量子孔和GAN/ALN超晶格时，使用快门控制方法制造了15周期/GAN/GAN多量子井结构时，在与GA连续辐照过程中，在连续辐照过程中间歇性地提供了在GA的连续辐照过程中，即使在750°C的高温下，也可以在设备结构中进行确认，即使在750°C的情况下进行确认。 X射线衍射测量值显示出明显的高阶衍射峰，并确认了具有良好接口和周期性的多个量子井结构的形成。此外，使用GAN的快门控制方法和GAN的ALN MEE方法生长了GAN/ALN超晶格，Rheed观察结果证实进行了平坦的生长。 4。通过MBE方法生长的gan晶体的表面形态通常是含有大量倒域结构的氮极膜，氮极膜由于其表面扁平度和化学稳定性而降为GA极性膜的膜。在这种情况下，MBE方法已被用来控制初始生长过程，并发现具有极其平坦，无距离Ga具有GA极性的GAN可以在Al_2O_3底物上生长。将来，将使用此GA极性膜制造具有不同周期的GAN/ALN超级晶格结构，并评估异质空间并测量量子水平过渡的光学性质。