非極性面上窒化アルミニウムガリウム系半導体結晶の高品質化と物性制御

非极性面氮化铝镓半导体晶体的高质量及物性控制

基本信息

批准号：
14J02639
负责人：
市川修平
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

AlGaN系半導体は、深紫外発光デバイス用材料として注目を集めている。一般に、量子井戸をはじめとするヘテロ構造を作製する際には、臨界膜厚を考慮した構造設計が必要になる。そこで今年度は、AlGaN/AlNヘテロ構造における臨界膜厚の評価手法の開拓とともに格子不整転位の導入機構の解明に取り組んだ。従来、ヘテロ構造作製時の格子緩和の有無を評価する手法として、X線回折測定が利用されてきた。しかしながら、X線回折測定により評価されるAlGaN/AlNヘテロ構造の臨界膜厚は、理論的に予測される膜厚よりも一桁程度大きく、計算結果とは著しい解離があった。そこで、本研究ではX線回折測定による格子定数評価よりも精度の高い評価手法として、時間分解フォトルミネッセンス測定に着目し、光学測定を通じて格子不整合転位の導入の有無を精密に評価することが可能であることを明らかにした。また、極性面基板の微小なオフ角により生じる結晶すべりを計算に取り入れるとともに、非極性基板の各成長面における支配的な結晶すべり機構を考察した。この結果により、任意の成長面に対して、理論的に臨界膜厚を予測する手法を確立し、実験結果をよく再現することを確認した。この成果は、AlGaN系量子井戸の設計に大きく貢献するだけでなく、ウルツ鉱構造を有するあらゆる材料系に対して適用可能な理論計算であり、材料系を超えた普遍的な臨界膜厚の予測に貢献するものであると考えられる。

AlGaN基半导体作为深紫外发光器件的材料而受到关注。通常，在制造量子阱等异质结构时，需要考虑临界膜厚来设计结构。因此，今年我们致力于开发一种评估AlGaN/AlN异质结构临界膜厚的方法，并阐明晶格失准位错的引入机制。传统上，X射线衍射测量已用于评估异质结构制造过程中是否存在晶格弛豫。然而，通过X射线衍射测量评估的AlGaN/AlN异质结构的临界厚度比理论预测的厚度大约大一个数量级，并且与计算结果存在显着的离解。因此，在本研究中，我们将时间分辨光致发光测量作为比使用X射线衍射测量的晶格常数评估更准确的评估方法，并且可以通过通过精确评估是否引入晶格失配位错来精确评估是否引入晶格失配位错。光学测量表明。此外，将极性衬底小偏角引起的晶体滑移纳入计算中，并考虑非极性衬底各生长面上的主导晶体滑移机制。基于这些结果，我们建立了一种从理论上预测任何生长表面的临界膜厚度的方法，并证实它可以很好地再现实验结果。这一结果不仅对基于AlGaN的量子阱的设计做出了巨大贡献，而且提供了可应用于任何具有纤锌矿结构的材料体系的理论计算，并预测了超越材料体系的通用临界膜厚度。这有助于