低直列抵抗シリコン上窒化物半導体発光素子の研究

硅基低串联电阻氮化物半导体发光器件的研究

• 批准号: 14750009
• 负责人: 石川 博康
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750009/
• 关键词: Si基板; AlGaN; AlN中間層; GaN; AlN; Si; 直列抵抗; LED; 伝導帯不連続量; XPS

AlGaN/AlN中間層を用いたSi基板上GaN系青色・緑色発光ダイオード(LED)は、直列抵抗が極めて高く(約1kΩ)、素子劣化が顕著である。この原因としてSi基板と窒化物半導体間のヘテロ障壁が高いことが挙げられる。昨年度の研究において、AlNとSi間の伝導帯不連続量ΔEcは2.3±0.4eVという極めて大きな値であることが明らかになった。直列抵抗を減少するためにはAlNの厚さを数nm程度にする必要がある。本年度は厚さ数nmのAlN層を用いたSi基板上LEDを作製し、特性を調べた。有機金属気相成長(MOCVD)法によりSi(111)基板上に,LED構造を成長した。1180℃にて成長した極薄AlGaN/AlN(30nm/2.5nm)中間層を介し、20周期のAlN/GaN(5/25nm)多層膜、n形GaN (0.2μm)、15周期のGaInN多重量子井戸、P形AlGaN(20nm)・p形GaN(0.2μm)を順次成長した。半透明p形電極としてNi/Au、エピ面側n形電極としてTi/Al/Ni/Au、Si基板側裏面n形電極としてAuSb/Au電極を蒸着しLEDとした。X線回折測定の結果、AlN/GaN多層膜構造からのサテライトピークが明瞭に観察され、良好な周期構造と平坦性が得られた。カソードルミネッセンス測定の結果、Inの組成揺らぎを反映した像が得られ、良好な発光特性を有していることがわかった。電流-電圧特性より20mA時の駆動電圧および微分直列抵抗を調べたところ、エピ面側n電極では3.7Vおよび33Ω、裏面側n電極では4.2Vおよび42Ωという値が得られた。エピ面側と裏面側との差は少なく、薄いAlGaN/AlN中間層を用いることにより垂直方向に電流を流した場合の駆動電圧を低減できた。

使用 AlGaN/AlN 中间层的 Si 衬底上的 GaN 基蓝/绿发光二极管 (LED) 具有极高的串联电阻（约 1 kΩ），并且容易遭受严重的器件劣化。其原因之一是Si衬底和氮化物半导体之间的异质势垒高。去年的研究表明，AlN和Si之间的导带不连续性ΔEc是2.3±0.4eV的极大值。为了降低串联电阻，AlN的厚度需要为数nm量级。今年，我们使用几纳米厚的 AlN 层在 Si 基板上制造了 LED，并研究了其特性。 LED 结构通过金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 方法在 Si(111) 衬底上生长。 AlN/GaN（5/25nm）20周期多层膜、n型GaN（0.2μm）、GaInN多量子15周期通过1180℃井生长的超薄AlGaN/AlN（30nm/2.5nm）中间层、p-依次生长p型AlGaN（20nm）和p型GaN（0.2μm）。 LED的制作方法是在外延面上沉积Ni/Au作为半透明p型电极，Ti/Al/Ni/Au作为n型电极，在背面沉积AuSb/Au作为n型电极。硅衬底。 X射线衍射测量的结果是，可以清楚地观察到AlN/GaN多层膜结构的卫星峰，并且获得了良好的周期结构和平坦度。阴极发光测量的结果得到了反映In成分波动的图像，发现该材料具有良好的发光性能。当我们从电流-电压特性研究20mA时的驱动电压和差分串联电阻时，我们得到外延侧n电极的值为3.7V和33Ω，n电极的值为4.2V和42Ω。 - 电极位于背面。外延面和背面之间几乎没有差别，并且通过使用薄的AlGaN/AlN中间层，可以降低在垂直方向上通过电流时的驱动电压。

项目成果

石川博康: "Si上GaN系高輝度発光ダイオード"レーザー学会学術講演会第23回年次大会講演予稿集(平成15年1月30日、浜松). 165 (2003)

Hiroyasu Ishikawa：“Si上的GaN基高亮度发光二极管”日本激光学会第23届年会论文集（2003年1月30日，Hamamatsu）165（2003）。

H.Ishikawa: "Valence-Band Discontinuity at the AlN/Si Interface"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 6413-6414 (2003)

H.Ishikawa：“AlN/Si 界面的价带不连续性”Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 6413-6414 (2003)

H.Ishikawa: "Growth of GaN on 4-inch Si substrate with a thin AlGaN/AlN intermediate layer"Phys.Stat.Sol. (c). 2177-2180 (2003)

H.Ishikawa：“具有薄 AlGaN/AlN 中间层的 4 英寸 Si 衬底上的 GaN 生长”Phys.Stat.Sol。