InGaN系半導体光材料のナノポテンシャル制御とデバイス応用
| Project/Area Number |
22K14613
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 祥伸 京都大学, 工学研究科, 特定助教 (00902066)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 窒化物半導体 / 非極性面 / 半極性面 / マイクロ構造 / 発光ダイオード |
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| Outline of Research at the Start |
InGaN系発光デバイスの発展は目覚ましく，高効率な青色発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)が実用化されている．一方で，可視光全域への応用展開においては，InGaN発光層のIn組成が高くなる長波長領域での発光効率低下が未解決課題である．これに対して，InGaN発光層の歪誘起電界を抑制する観点から．非極性面が注目されている．本研究の目的は，窒化物半導体InGaNのナノ特異構造を非極性面上に作製し，意図的なポテンシャル揺らぎを形成することで，高効率InGaN LEDの実現することである．ナノ特異構造は，特殊加工された基板上に窒化物半導体を結晶成長させることで形成する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，窒化物半導体InGaNをベースとした単色発光デバイスの高効率化を目的として，InGaN系発光デバイスを，オフ角をつけた特殊な非極性面基板に作製し，その結晶品質の向上を狙うものである．本年度は，局所的にオフ角を制御する手法として，サーマルリフロー法を用いたマイクロレンズ状構造の作製に取り組んだ．具体的には，(-1-12-2)面GaN基板上に，フィトリソグラフィによって円形のレジストを形成し，熱処理によって凸レンズ状に変形させた．そして，ドライエッチングを用いてレジスト形状を基板に転写することで， GaNマイクロレンズ構造を作製した．その結果，結晶面の非対称性にもかかわらず，同心円状の高さ分布を有するレンズ状構造を得られることを見出した．さらに，この構造上にInGaN量子井戸を有機金属気相成長法によって成膜した結果，結晶面の非対称性を反映した異方的な発光波長分布が観察された．構造解析の結果，波長分布の主因はIn組成分布によるものであることが明らかとなった．さらに，InGaN量子井戸の結晶成長温度を制御することで，波長域の変化幅を増大させられることを見出した．以上の成果は，英文論文誌２報に掲載されるに至った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
サーマルリフロー法によって局所的にオフ角をつける新たなプロセスを確立することが出来た．対称性の低い半極性面に特有の異方的な発光波長分布が，In組成分布に起因することを明らかにした．本成果は，オフ角の傾斜方向によってIn組成が変化することを意味しており，ナノポテンシャル制御に向けて重要な知見である．さらに，InGaN量子井戸の結晶成長温度を制御することで，波長域の変化幅を増大させられることを見出した．
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| Strategy for Future Research Activity |
3年目は，オフ角基板上での高品質なエピタキシャル膜の検討と合わせて，興味深い光物性を示すマイクロレンズ構造上InGaN量子井戸の研究にも積極的に取り組む．今後は，ナノポテンシャル制御に向けて，より詳細な発光特性分布を明らかにするべく，発光スペクトルマッピングにも着手する．また，結晶成長条件の最適化によって，高効率化への指針の獲得を目指す．
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Report
(2 results)
Research Products
(20 results)
