ワットクラス超高出力紫外レーザダイオードの実現

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Optoelectronics Frontier by Nitride Semiconductor -Ultimate Utilization of Nitride Semiconductor Material Potential-
• Project/Area Number: 18069011
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 天野 浩 Meijo University, 理工学部, 教授 (60202694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上山 智 名城大学, 教授 (10340291) ; 岩谷 素顕 名城大学, 准教授 (40367735)
• Keywords: 紫外半導体レーザ / AIN / GaN / AlGaN / 紫外発光ダイオード / デバイスシミュレータ / 発光効率 / 低転位化

Research Abstract

昨年度は, 紫外LDの下地結晶としてのAlGaNの高品質化に取り組んだ。本年度は, 紫外デバイスの高性能化に必須のp型AlGaNの高正孔濃度化, および昨年度試作したAlN/サファイアテンプレート上の紫外LDの性能の向上に取り組んだ。GaNにおいてMgアクセプタの活性化エネルギーは, イオン化されたアクセプタ濃度が高くなると価電子帯の正孔とのクーロン相互作用により見かけ上小さくなることが報告されている。Mg濃度の増加により, 見かけ上の活性化エネルギーが減少するために, Mg濃度の増加分以上に正孔濃度が増加する。しかしながらGaN中のMg濃度が限界を超えると, 逆位相領域の形成などによって活性化エネルギーは逆に大きくなってしまう。
本研究では, AlNモル分率0.25および0.5のAlGaNについて, Mgアクセプタの活性化エネルギーのMg濃度依存性を温度変化Hall効果により評価した。その結果, GaNと同様, いずれのAINモル分率においても約4×10^<19>cm^<-3>に至るまでMg濃度の増加とともに活性化エネルギーは減少し, 室温での正孔濃度は高くなるが, それ以上のMg濃度では逆に正孔濃度が減少することが明らかとなった。
昨年度は, 溝加工AlGaN/高温成長AlN上の波長346nmのLEDにおいて外部量子効率6.7%, また波長356nmのLDを実現した。しかし, その閾値電流密度は13KA/cm^2と高力めた。今年度はその低減のため, 紫外LDに適した共振器多層反射膜コーティングにより, 反射率の制御を行った。その結果, 閾値電流密度3.9KA/cm^2まで低減できることを実証した。

Research Products

• [Journal Article] AlN and AlGaN by MOVPE for UV light emitting devices (2008)
  • Author(s): H. Amano, M. Imura, M. Iwaya, S. Kamiyama and I. Akasaki
  • Journal Title: Mater. Sci. Forum 590 Pages: 175-210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of c-plane sapphire misorientation on the growth of AlN by high-temperature MOVPE (2008)
  • Author(s): K. Nagamatsu, N. Okada, N. Kato, T. Sumii, A. Bandoh, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano and I. Akasaki
  • Journal Title: Phys. Stat. Sol. (c) 5 Pages: 3048-3050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optimization of underlying layer and the device structure for group-III-nitride-based UV emitters on sapphire (2008)
  • Author(s): K. Iida, H. Watanabe, K. Takeda, F. Mori, H. Tsuzuki, Y. Yamashita, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, H. Maruyama, T. Takagi and A. Bandoh
  • Journal Title: Phys, Stat. Sol. (c) 5 Pages: 2142-2144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microstructure of threading dislocations caused by grain boundaries in AlN on sapphire substrates (2008)
  • Author(s): M. Imura, H. Sugimura, N. Okada, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki and A. Bandoh
  • Journal Title: Phys, Stat. Sol. (c) 5 Pages: 1582-1584
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of high-quality thick AlGaN by high-temperature metalorganic vapor phase epitaxy (2008)
  • Author(s): N. Kato, S. Sato, H. Sugimura, T. Sumii, N. Okada, M. Imura, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, H. Maruyama, T. Takagi and A. Bandoh
  • Journal Title: Phys, Stat. Sol. (c) 5 Pages: 1559-1561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-efficiency AlGaN-based UV light-emitting diode on laterally overgrown AlN (2008)
  • Author(s): K. Nagamatsu, N. Okada, H. Sugimura, H. Tsuzuki, F. Mori, K. Iida, A. Bando, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano and I. Akasaki
  • Journal Title: J. Crystal Growth 310 Pages: 2326-2329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of high-temperature growth by metal-organic vapor phase epitaxy on microstructure of AlN on 6H-SiC substrates (2008)
  • Author(s): M. Imura, H. Sugimura, N. Okada, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki and A. Bandoh
  • Journal Title: J. Crystal Growth 310 Pages: 2308-2313
  • Peer Reviewed
• [Presentation] High-performance UV emitter grown on high-crystalline-quality AlGaN underlying layer (2008)
  • Author(s): H. Tsuzuki, F. Mori, K. Takeda, M. Twaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, H. Yoshida, M. Kuwabara, Y. Yamashita, H. Kan
  • Organizer: Abstracts of the International Workshop on Nitride semiconductors
  • Place of Presentation: Montreux, Swiss
  • Year and Date: 2008-10-08
• [Presentation] Activation energy of Mg in AlGaN (2008)
  • Author(s): K. Nagamatsu, K. Takeda, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. and Akasaki
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2008
  • Place of Presentation: Montreux, Swiss
  • Year and Date: 2008-10-08
• [Presentation] Microstructure in Al_xGai_<1-x>N grown on AlN (2008)
  • Author(s): Toshiaki Mori, Toshiaki Asai, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, and Isamu Akasaki
  • Organizer: International Workshop on Nitride semiconductors
  • Place of Presentation: Montreux, Swiss
  • Year and Date: 2008-10-08
• [Presentation] ELOを用いた高温MOVPE成長AlN/Sapphire基板上のUV-LD特性評価 (2008)
  • Author(s): 都築宏俊, 森史明, 市川友紀, 竹田健一郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇, 吉田治正, 桑原正和, 山下陽滋, 菅博文
  • Organizer: 第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集
  • Place of Presentation: 中部大
  • Year and Date: 2008-09-05
• [Presentation] 周期溝下地結晶を用いたAl_<0.5>Ga_<0.5>Nの低転位化 (2008)
  • Author(s): 竹田健一郎, 森史明, 小木曽裕二, 森俊晶, 浅井俊晶, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2008-09-02
• [Presentation] 高正孔濃度p型AlGaN (2008)
  • Author(s): 永松謙太郎, 竹田健一郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 特定領域研究「窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-08-02
• [Presentation] AlN上AlGaNの結晶回復過程と溝加工テンプレートによる低転位化 (2008)
  • Author(s): 竹田健一郎, 浅井俊晶, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金特定領域研究公開シンポジウム「窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-」
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-08-02
• [Presentation] High efficiency UV LEDs and LDs (2008)
  • Author(s): H. Amano
  • Organizer: 5^<th> China International Forum on Solid State Lighting
  • Place of Presentation: Shenzhen, China
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] Novel UV devices on high quality AlGaN using grooved template (2008)
  • Author(s): H. Tsuzuki, F. Mori, K. Takeda, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, H. Yoshida, M. Kuwabara, Y. Yamashita, H. Kan
  • Organizer: Abstracts of the Second International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • Place of Presentation: 伊豆
  • Year and Date: 2008-07-07
• [Presentation] Relaxation process of Al_xGa_<1-x>N grown on high-crystalline-quality A1N (2008)
  • Author(s): T. Asai, K. Nagata, T. Mori, K. Nagamatsu, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano and I. Akasaki
  • Organizer: Technical Digest ISGN-2
  • Place of Presentation: 伊豆
  • Year and Date: 2008-07-07
• [Presentation] Short wavelength semiconductor laser diodes (2008)
  • Author(s): H. Amano, H. Tsuzuki, K. Takeda, K. Nagamatsu, M. Iwaya, S. Kamiyama, I. Akasaki
  • Organizer: Japan- Brazil Memorial Symposium on Science and Technology for the Celebration of 100 Years of Japanese Immigration in Brazil
  • Place of Presentation: Universidade de Sao Paulo, Brazil
  • Year and Date: 2008-06-25
• [Presentation] Growth of Group III Nitrides For UV and Green Light Emitting Devices (2008)
  • Author(s): H. Amano
  • Organizer: The 4^<th> Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology, Sendai, Japan
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2008-05-22
• [Book] Nitrides with Nonpolar Surfaces, Metalorganic vapor phase epitaxial growth of nonpolar A1(Ga, In)N films on lattice-mismatched substrates Editor(s) : T. Paskova, 108-118 (2008)
  • Author(s): H. Amano, T. Kawashima, D. Iida, M. Imura, M. Iwaya, S. Kamiyama and I. Akasaki
  • Total Pages: 464
  • Publisher: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
• [Book] Advances in Light Emitting Materials, Edited by Bo Monemar, Martin Kittler and Hermann Grimmeisss, AlN and AlGaN by MOVPE for UV Light Emitting Devices pp.175-210 (2008)
  • Author(s): H. Amano, M. Imura, M. Iwaya, S. Kamiyama and I. Akasaki
  • Total Pages: 278
  • Publisher: Trans Technical Publications
• [Book] LED革新のための最新技術と展望, 第2章第2節第1項, GaNの成長・低転位化・実用状況・基板欠陥とGaN膜欠陥の相関, pp.34-52 (2008)
  • Author(s): 天野浩
  • Total Pages: 709
  • Publisher: 情報機構