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

基本信息

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

项目摘要

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。

制作直径为10^6cm^<-2>以下的半极性(1-101)GaN/Si条带，并以从蓝色(λ=422nm)到绿色(λ=540nm)的发射波长复用InGaN/GaN我们在其之上制造了一个量子阱并使用 PL 评估了其内部量子效率。它具有以辐射复合为主的优异发光特性，反映了底层晶体的高品质。蓝色的内量子效率显示出超过90%的高值。然而，随着发射波长变长，内量子效率降低。横截面 TEM 分析和 XRD 测量表明，随着 InGaN 中 In 成分的增加，晶格弛豫的宽度与量子阱的宽度相当，并引入堆垛层错。我们还制作了波导结构，并在420 nm波长下在硅衬底上获得了世界上第一个受激发射高度。然而，无法得到绿色的受激发射光，认为是由晶格弛豫引起的缺陷产生了影响。因此，我们建议将底层从GaN改为InGaN以避免发光层中的晶格弛豫。当InGaN在传统的(0001)表面上生长较厚时，由于由{1-101}面组成的凹坑而不能获得平坦的表面。另一方面，当使用半极性(1-101)GaN作为底层时，即使生长厚膜，在表面上也没有观察到凹坑，这表明晶体具有优异的平坦度。我们使用 XRD 和 AFM 测量对该 InGaN 的生长过程进行了详细分析。发现半极性面上的InGaN经历两步过程，其中伴随倾斜的晶格弛豫首先在c轴方向发生，然后晶格常数在a轴方向增加。在晶格弛豫过程中，表面形成三角形晶粒结构，但证实了晶粒尺寸随着膜厚度增加而增大的平坦化过程。未来，通过阐明半极性InGaN中位错和堆垛层错的产生和湮灭机制，我们希望能够实现高质量的InGaN晶体和高效的绿光发光器件。

项目成果

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Effect of lateral vapor phase diffusion during the selective growth of InGaN/GaN MQW on semipolar and nonpolar GaN stripes

InGaN/GaN MQW 在半极性和非极性 GaN 条带上选择性生长过程中横向气相扩散的影响

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
T.Tanikawa; Y.Honda; M.Yamaguchi; H.Amano
通讯作者：
H.Amano

Selective MOVPE growth of InGaN/GaN MQW on microfacet GaN stripes

InGaN/GaN MQW 在微面 GaN 条带上的选择性 MOVPE 生长

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
T.Tanikawa; T.Murase; Y.Honda; M.Yamaguchi; H.Amano
通讯作者：
H.Amano

Strain relaxation in thick (1-101) InGaN grown on GaN/Si substrate

在 GaN/Si 衬底上生长的厚 (1-101) InGaN 中的应变弛豫

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
T.Tanikawa; Y.Honda; M.Yamaguchi; H.Amano; N.Sawaki
通讯作者：
N.Sawaki

Simultaneously improve the Purcell factor and internal quantum efficiency of light-emitting diodes via surface plasmon by metal conic structure

金属圆锥结构通过表面等离子体同时提高发光二极管的珀塞尔因子和内量子效率

DOI：
10.1063/5.0123552
发表时间：
2023-03-28
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
Zhenhuan Tian;Mingyin Zhang;Xuzheng Wang;Qiang Li;Yufeng Li;F. Yun;S. R. Ricky Lee
通讯作者：
S. R. Ricky Lee

加工Si基板上(1-101)InGaN/GaN MQWストライプの偏光特性

加工后的 Si 衬底上 (1-101)InGaN/GaN MQW 条带的偏振特性