高効率可視・紫外光源を目指した非極性 III 族窒化物半導体量子構造の形成

用于高效可见/紫外光源的非极性III族氮化物半导体量子结构的形成

• 批准号: 06F06385
• 负责人: 秩父 重英
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Tohoku University (2007)University of Tsukuba (2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06385/
• 关键词: MOVPE; 非極性面; エピタキシャル成長; 低転位化; m面GaN; フォトルミネッセンス; m面InGaN; 自立基板

非極性(B,Al,In,Ga)N窒化物半導体を用いた量子構造の形成と紫外・可視光発光デバイスへの応用を目指して研究を行っている。現在実用化されている青色・緑色発光ダイオードや紫色半導体レーザは、六方晶InGaNを活性層に用い、AlGaNおよびGaNとの積層構造を、極性のある(0001)c面に成長させている。これに起因して歪量子井戸には分極電場が発生するため、動作波長範囲の紫外線・赤外線領域への拡張を妨げている。本研究では、この問題を回避するため<0001>軸が成長面内にある非極性m面(10-10)やa面(11-20)上への量子井戸や素子構造の作成を通じて、高効率紫外および長波長発光デバイス実現への指針を与えることを目指している。このため、今年度は有機金属化学気相エピタキシ(MOVPE)装置を用いて(1)積層欠陥・貫通転位が低減された非極性m面GaN基板上へのGaNおよびInGaN薄膜成長を行い、成長圧力や成長温度、III族原料(TMGa)とV族原料(アンモニア)の供給モル比(V/III比)等の変化が、成長層の転位密度や表面形態、フォトルミネッセンス特性に与える影響を評価した。その結果、低転位密度基板を用いることにより、極性c面と同程度のクオリティを持つ薄膜成長が可能であることがわかった。特に低温のフォトルミネッセンススペクトルには明瞭に励起子構造が現れており、光学遷移の選択則が認められた。

我们正在进行旨在使用非极性(B,Al,In,Ga)N氮化物半导体形成量子结构并将其应用于紫外和可见光发射器件的研究。目前实用化的蓝色和绿色发光二极管以及紫色半导体激光器使用六方InGaN作为有源层，并且在极性(0001)c面上生长AlGaN和GaN的堆叠结构。这会在应变量子阱中产生极化电场，从而阻止工作波长范围扩展到紫外线和红外线区域。在本研究中，为了避免这个问题，我们在<0001>轴位于生长平面We内的非极性m面（10-10）和a面（11-20）上创建了量子阱和器件结构。旨在为实现高效的紫外和长波长发光器件提供指导。因此，本财年我们将使用金属有机化学气相外延 (MOVPE) 系统来 (1) 在非极性 m 面 GaN 衬底上生长 GaN 和 InGaN 薄膜，减少堆垛层错和螺纹位错，以及评估功率、生长温度、III族原料（TMGa）和V族原料（氨）的供给摩尔比（V/III比）等变化对位错密度、表面形貌和光致发光性能的影响生长层的。结果表明，通过使用低位错密度衬底，可以生长质量与极性c面相当的薄膜。特别是，激子结构清晰地出现在低温光致发光光谱中，并且认识到光学跃迁的选择规则。