ScAlMgO4基板上へのInリッチInGaN系LEDの実現

Research Project

Project/Area Number	20H00351
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	川上養一京都大学, 工学研究科, 教授 (30214604)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	船戸充京都大学, 工学研究科, 准教授 (70240827) 石井良太京都大学, 工学研究科, 助教 (60737047)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000) Fiscal Year 2020: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
Keywords	InリッチInGaN / ScAlMgO4基板 / 発光ダイオード / 高効率化
Outline of Research at the Start	近年の窒化物半導体の研究進展は著しいが，活性層のIn組成を増加させた緑色よりも長波長域での発光ダイオード（LED）の効率低下現象は未解決である．本研究は，有機金属気相エピタキシー法（MOVPE）により，ScAlMgO4基板上に高品質InリッチInGaN系量子井戸構造を作製し，高効率InGaN系緑色・黄色・赤色LEDを実現することを目的としている．結晶学的な観点からは，格子定数が大きく異なるInNとGaNの非混和性すなわちスピノーダル相分離が生じやすいが，非平衡下の低温成長において下地基板へのコヒーレント成長が可能な条件ではその限りではないと考えており，「新しい結晶学」への展開を目指している．
Outline of Annual Research Achievements	可視全域での高効率発光ダイオード（LED）の開発は，次世代のマイクロLEDディスプレイやテーラーメイド照明のために不可欠な課題と位置づけられている．本研究は，(0001)面でIn0.17Ga0.83Nと格子整合するScAlMgO4基板に着目し，この基板上に緑色から赤色域にて高効率で発光するInGaN系LEDを開発することを目的として研究をスタートした．具体的には，有機金属気相エピタキシー法（MOVPE）によって格子整合In0.17Ga0.83N/ScAlMgO4テンプレートを作製し，その上に高品質なInxGa1-xN/InyGa1-yN量子井戸構造をコヒーレント成長する手法を確立するとともに，(In)GaNクラッド層のp型およびn型伝導度制御を達成することで，可視全波長域での高効率LED実現への基盤を確立することを目指した． InGaN系半導体はアンドープでもn型伝導を示す傾向にあるため，n型伝導のIn0.17Ga0.83Nを成長し，その上にInリッチInGaN量子井戸を作製することは，比較的容易に達成できた．一方，このInリッチInGaN量子井戸上にp型伝導層を成長する際に問題となるのは，高温成長による量子井戸層からのInの脱離である．そのため，活性層上に形成するp型伝導層を実現できる範囲でできる限りの最低成長温度で成長することが必要となる．本研究では，Ga原料として従来用いてきたトリメチルガリウムからトリエチルガリウムに変更することで845℃の低温においてもGaNのp型伝導度制御に成功し，波長700nmという深赤領域で発光するLEDの試作に成功した．得られた成果は，投稿論文として準備を進めているところである．
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。