炭化ケイ素を用いた高品質窒化物半導体によるシリコン基板上短波長半導体レーザの実現

使用碳化硅的高质量氮化物半导体在硅衬底上实现短波长半导体激光器

• 批准号: 11F01357
• 负责人: 平松 和政
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01357/
• 关键词: 3C-SiC; Si基板; マスクレスELO; 発光特性; 欠陥密度; AlN中間; 圧縮応力; 転位密度

本研究では、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現することが目標である。この目標達成のために、本年度は、3C-SiC-Si基板上成長したGaNの結晶品質を更に向上させるためのマスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、SiC中間層のGaNの高品質化に与える効果について調べた。3C-SiC層の厚さを100nmから2.5μmの範囲で変化させた3C-SiC-Si基板を用いて、マスクレスエピタキシャル横方向成長を行い、GaN層とSiC層の構造的な欠陥について欠X線ロッキングカーブ、低温カソードルミネッセンス、透過型電子顕微鏡により評価した。3C-SiC層のx線ロッキングカーブの半値幅は、厚さを増やすと共に、3125秒から617秒に減少したにもかかわらず、GaNの(004)回折と(102)回折の半値幅は500～700秒であった。また、GaN層中の貫通転位密度は、約1×10^<-9>cm^<-2>であった。このことからGaN層の成長をマスクレスエピタキシャル横方向成長で行ったので、3C-SiC層の欠陥は、GaN層から排除されたものと考えられる。さらに、カソードルミネッセンスと透過型電子顕微鏡の結果より、GaNと3C-SiCの間に欠陥や転位密度の相互的な関係はないことがわかった。一方、3c-SiC上に発生する島状のドメインによって、SiC表面に異なった表面荒さが発生し、それによってGaNの初期成長段階における異なったサイズの3次元結晶が発生していることが明らかになった。3C-SiC上の島状のドメインが、GaN層に引き継がれることはないが、3C-SiCの表面荒さによってGaN層の核形成プロセスに影響を与えていることが考えられる。以上の研究より、Si基板上にGaN系短波長半導体レーザを実現するための基板となる高品質GaN成長層を得ることができた。

本研究的目标是在Si衬底上实现GaN基短波长半导体激光器。为了实现这一目标，今年我们将进行无掩模外延横向生长，以进一步提高在3C-SiC-Si衬底上生长的GaN的晶体质量，并将提高我研究的SiC中间层中GaN的质量。它。使用3C-SiC层厚度从100 nm到2.5 μm不等的3C-SiC-Si衬底，进行无掩模外延横向生长，以消除GaN和SiC层中的结构缺陷，并使用线摇摆曲线、低温阴极发光进行评估。和透射电子显微镜。尽管随着厚度的增加，3C-SiC层的X射线摇摆曲线的半宽度从3125 s减小到617 s，但GaN的(004)和(102)衍射的半宽度仍然保持在500和500之间。 617秒。700秒。此外，GaN层中的穿透位错密度约为1×10 ^ -9 cm ^ -2 。这表明由于GaN层是通过无掩模外延横向生长来生长的，因此3C-SiC层中的缺陷从GaN层中消除。此外，阴极发光和透射电子显微镜的结果表明，GaN和3C-SiC之间的缺陷或位错密度不存在相互关系。另一方面，很明显，3c-SiC上生成的岛状畴导致SiC表面具有不同的表面粗糙度，从而导致在GaN的早期生长阶段生成不同尺寸的三维晶体。成为。尽管3C-SiC上的岛状畴没有被GaN层继承，但人们认为3C-SiC的表面粗糙度会影响GaN层的成核过程。通过上述研究，我们能够在Si衬底上获得高质量的GaN生长层，该衬底将作为实现GaN基短波长半导体激光器的衬底。

项目成果

Interaction of the dual effects triggered by A1N interlayers in thick GaN grown on 3C-SiC/Si substrates

3C-SiC/Si 衬底上生长的厚 GaN 中的 A1N 中间层触发的双重效应的相互作用

• DOI: 10.1088/0022-3727/45/38/385101
• 发表时间: 2012
• 期刊: Journal of Physics D : Applied Physics
• 作者: H Fang;Y Takaya;H Miyake;K Hiramatsu;H Asamura;K Kawamura
• 通讯作者: K Kawamura

Improvement of GaN Quality by Maskless Epitaxy of Lateral Overgrowth on 3C-SiC/Si substrates

通过 3C-SiC/Si 衬底上横向过度生长的无掩模外延提高 GaN 质量

• 发表时间: 2012
• 作者: H Fang;Y Takaya;H Miyake;K Hiramatsu;H Asamura;K Kawamura;H Oku
• 通讯作者: H Oku

Interaction of the Dual Effects Triggered by AlN Interlayer in Thick GaN Grown on 3C-SiC/Si substrate

3C-SiC/Si 衬底上生长的厚 GaN 中 AlN 中间层引发的双重效应的相互作用

• 发表时间: 2012
• 作者: H.Fang;Y.Takaya;S.Ohuchi;H.Miyake;K.Hiramatsu;H.Asamura;K.Kawamura
• 通讯作者: K.Kawamura

Analysis on Dual Effects of AlN Interlayer in Thick GaN Grown on 3C-SiC/Si Substrate

3C-SiC/Si 衬底上生长的厚 GaN 中 AlN 中间层的双重效应分析

• 发表时间: 2012
• 作者: H. Fang;Y. Takaya;S. Ohuchi;H. Miyake;K. Hiramatsu;H. Asamura;K. Kawamura
• 通讯作者: K. Kawamura

Strain control of GaN grown on 3C-SiC/Si substrate using AlGaN buffer layer

使用 AlGaN 缓冲层对 3C-SiC/Si 衬底上生长的 GaN 进行应变控制

• DOI: 10.1002/pssc.201100332
• 发表时间: 2011
• 期刊: physica status solidi (c)
• 作者: H.Fang;Y.Takaya;S.Ohuchi;H.Miyake;K.Hiramatsu;H.Asamura;K.Kawamura
• 通讯作者: K.Kawamura