窒素クラスタ位置制御によるSiと格子整合する直接遷移III-V-N規則混晶の創成

通过控制氮簇位置创建与 Si 晶格匹配的直接过渡 III-V-N 有序混合晶体

基本信息

批准号：
20656053
负责人：
若原昭浩
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,Si上に発光デバイスを自在に組み込んだ光電子融合システムの実現に向けて、Siと格子整合させることで無転位且つ高品質・高効率発光素子用の直接遷移型半導体材料の実現を目指し、直接遷移型のIII-V-N混晶活性層材料の開発を目的とした。まず、GaPN系材料を候補として、成長層表面に窒素クラスタを形成し,これを規則的に積層したGaP/GaP:N疑似規則混晶の成長実現するため、PBN熱分解窒素を用いたMBE法および有機金属気相成長法を用いてGaPNの成長を行った。この結果、PBNの熱分解を用いたMBE法では、十分な活性窒素が得られず良好な結晶性を有するGaPNを得るためには、有機金属気相成長法を採用した。次に、GaP表面への窒素クラスタ形成を、成長中の表面反射分光法を用いてその場観察を行い、表面窒化・窒素脱過程を調べ、650℃という高温においてもGaP表面に形成された窒素デルタドープ層が安定であり、急峻なGaPN/GaPデルタドープ超格子構造が得られた。この条件にて、窒素原料の間欠供給により窒素クラスタ形成を進めたところ、GaPNを連続成長した場合より窒素の取り込み効率の向上と同時に、平均窒素組成が同一の連続供給したバルク試料に比べて窒素のデルタドープ超格子では発光の温度消光特性が改善された。以上を踏まえて、短周期GaP/GaPN超格子を作製しバンド構造の検討を行ったが、直接遷移型のバンド構造が得られたとの確証を得ることはできなかった。

在这项研究中，我们的目标是实现一种光电集成系统，其中发光器件可以自由地集成在Si上，并且通过与Si的晶格匹配，我们将实现无位错、高光密度的直接跃迁型半导体材料。其目的是开发一种直接过渡型III-V-N混晶有源层材料。首先，使用GaPN基材料作为候选材料，在生长层表面形成氮簇，为了生长这些簇规则堆叠的GaP/GaP:N伪有序混晶，我们使用使用PBN热解氮的MBE方法通过金属有机气相外延生长。结果，利用PBN热分解的MBE方法无法获得足够的活性氮，为了获得结晶度良好的GaPN，采用了金属有机气相外延方法。接下来，我们利用表面反射光谱原位观察了生长过程中氮簇在GaP表面的形成，并研究了表面氮化和脱氮过程。δ掺杂层是稳定的，并且形成了陡峭的GaPN/GaP δ掺杂超晶格结构。获得。在这些条件下，通过间歇供应氮原料促进氮簇的形成，与连续生长的GaPN相比，氮吸收效率得到提高，同时与具有相同平均氮的块状样品相比，氮吸收效率也得到提高δ掺杂超晶格的发光温度猝灭特性得到改善。在此基础上，我们制备了短周期GaP/GaPN超晶格并研究了其能带结构，但我们无法确认我们获得了直接过渡型能带结构。