加工Si基板上への非極性面GaNの選択MOVPE成長に関する研究

加工硅衬底上选择性MOVPE生长非极性面GaN的研究

• 批准号: 10J08362
• 负责人: 谷川 智之
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08362/
• 关键词: GaN; InGaN; MOVPE; 半極性; 選択成長; Si基板; LED/LD; 誘導放出; 窒化物半導体; 半極性・非極性; GaN; InGaN; MOVPE; 半極性; 選択成長; Si基板; LED/LD; 誘導放出; 窒化物半導体; 半極性・非極性

10^6cm^<-2>以下となる半極性(1-101)GaN/Siストライプを作製し、その上に発光波長が青色(λ=422nm)から緑色(λ=540nm)のInGaN/GaN多重量子井戸を作製し、PLによって内部量子効率の評価を行った。下地結晶の高品質を反映し、輻射再結合が支配的となる優れた発光特性を有していた。内部量子効率は青色で90%以上と高い値を示した。しかしながら発光波長が長波長になるにつれて内部量子効率の低下が見られた。断面TEM解析およびXRD測定から、InGaN中のIn組成が高くなると量子井戸程度の幅で格子緩和し、積層欠陥が導入されることが分かった。また導波路構造を作製し、波長420nmにおいてシリコン基板上としては世界初の誘導放出高を得た。しかしながら緑色では誘導放出光は得られず、格子緩和による欠陥が影響しているものと思われる。そこで発光層における格子緩和を回避すべく下地層をGaNからInGaNに変更することを提案した。従来の(0001)面上にInGaNを厚く成長した場合、表面は{1-101}ファセットで構成されたピットにより平坦な面を得られなかった。一方で半極性(1-101)GaNを下地層として用いると、厚膜を成長しても表面にはピットは見られず平坦性に優れた結晶であることが分かった。このInGaNに対しXRD測定とAFM測定により成長過程の詳細な解析を行った。半極性面上のInGaNはまず初めにc軸方向にチルトを伴う格子緩和を生じ、次いでa軸方向に格子定数が増大する二段階の過程であることが分かった。表面は格子緩和時に三角形状のグレイン構造を形成するが、膜厚の増大に伴いグレインサイズが大きくなる、平坦化プロセスを確認した。今後、半極性InGaN中の転位や積層欠陥の発生・消滅機構を明らかにすることで高品質InGaN結晶および高効率緑色発光素子の実現が期待できる。

制备了发射波长小于10^6cm^<-2>的半极（1-101）GAN/SI条纹，并制备了蓝色（λ= 422nm）的INGAN/GAN多量子孔，并通过PL评估了蓝色（λ= 422nm）的光（λ= 422nm）的光（λ= 422nm）。它具有出色的发光特性，反映了基础晶体的高质量，并由辐射重组主导。内部量子效率高蓝色，为90％或以上。但是，随着发射波长达到更长的波长，观察到内部量子效率。横截面TEM分析和XRD测量结果表明，当Ingan中的组成增加时，晶格松弛会在量子井的宽度上发生，并引入堆叠缺陷。还制造了波导结构，并在420 nm的波长下制造，这是世界上第一个刺激硅基板上的发射高度。但是，在绿色中，未获得刺激的发射光，看来由晶格松弛引起的缺陷有效。因此，有人提议将卧式从gan更改为Ingan，以避免发光层中的晶格松弛。当Ingan在常规（0001）表面上厚实生长时，表面未通过{1-101}刻面部组成的凹坑获得。另一方面，当将半极（1-101）gan用作卧式时，即使较厚的膜种植，在地面上也找不到凹坑，并且晶体具有出色的平坦度。使用XRD和AFM测量对INGAN进行了对生长过程的详细分析。发现半极性表面的Ingan是一个两步过程，其中首先在C轴方向上产生晶格松弛，然后在A轴方向上增加晶格常数。当晶格松弛时，表面形成三角形晶粒结构，但是确认了平面化过程，其中晶粒尺寸随着膜厚度的增加而增加。将来，可以通过澄清出现和消失的脱位和堆叠缺陷的机制来实现高质量的Ingan晶体和高效绿色发光设备。