ワットクラス超高出力紫外レーザダイオードの実現

2009 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)
• Keywords: 紫外半導体レーザ / AlN / 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

本研究では、ワットクラス紫外レーザダイオード実現に向けて、その基幹技術確立を目指している。4年目となる平成21年度は、(1)励起強度変化フォトルミネッセンス(PL)法を用いたAlGaN系紫外発光素子内部量子効率(IQE)の評価、(2)酸素中の熱処理によるMgドープp型AlGaNの高正孔濃度化、及び(3)n型AIGaNへの低接触抵抗コンタクト実現のための高温熱処理及び紫外レーザダイオード(LD)への適用の3項目について検討した。
(1)に関しては、貫通転位密度(TDD)の異なる従来のフラットAlGaNテンプレート上、横方向成長AlGaN上、およびファセット制御成長AlGaN上の三つのAlGaN/GaN多重量子井戸構造サンプルについて、それぞれのIQEを励起強度変化PL測定により評価し、TDDの減少によりIQEが向上することを確認し、室温10^18cm^-3程度の励起密度で最大40%のIQEを確認した。また、IQEが励起密度に強く依存することも検証した。
(2)に関しては、高温酸素アニールにより、より高い正孔濃度p型AlGaNを実現し、紫外発光ダイオードの光出力が、同一電流密度の比較により、最大4倍程度まで向上することを確認した。一方で表面酸化により動作電圧が上昇するという負の側面も明らかとなった。量子効率は3倍程度であるが、パワー効率は1.7倍程度にとどまった。
(3)に関しては、従来のLD製造プロセスを変更して、特にn型コンタクトの高温熱処理を可能とし、n型AlGaNへの低接触抵抗コンタクトが実現できた。更に紫外LD作製に適用し、動作電圧はもちろんのこと、閾値電流密度の低減にも成功した。

Research Products

• [Journal Article] Activation energy of Mg in a-plane Ga_<1-x>In_xN(0<x<0.17) (2009)
  • Author(s): Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • Journal Title: Physica Status Solidi B 246 Pages: 1188-1190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical properties and deep traps spectra in undoped and Si-doped m-plane GaN films (2009)
  • Author(s): Polyakov, A.Y., Smirnov, N.B., Govorkov, A.V., Markov, A.V., Yugova, T.G., Petrova, E.A., Amano, H., Kawashima, T., Scherbatchev, K.D., Bublik, V.T.
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 105 Pages: 063708/1-063708/9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical properties and deep traps spectra in undoped M-plane GaN films prepared by standard MOCVD and by selective lateral overgrowth (2009)
  • Author(s): Polyakov, A.Y., Smirnov, N.B., Govorkov, A.V., Markov, A.V., Yakimov, E.B., Vergeles, P.S., Amano, H., Kawashima, T.
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 2923-2925
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for Two Mg Related Acceptors in GaN (2009)
  • Author(s): Monemar, B., Paskov, P.P., Pozina, G., Hemmingsson, C., Bergman, J.P., Kawashima, T., Amano, H., Akasaki, I., Paskova, T., Figge, S., et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 102 Pages: 235501/1-235501/4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental and theoretical investigations of optical properties of GaN/AlGaN MQW nanostructures.Impact of built-in polarization fields (2009)
  • Author(s): Esmaeili, M., Gholami, M., Haratizadeh, H., Monemar, B., Holtz, P.O., Kamiyama, S., Amano, H., Akasaki, I.
  • Journal Title: Opto-Electronics Review 17 Pages: 293-299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of thick GaInN on grooved(1011)GaN/(1012)4H-SiC (2009)
  • Author(s): Matsubara, Tetsuya, Senda, Ryota, Iids, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 2926-2928
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Misfit strain relaxation by stacking fault generation in InGaN quantum wells grown on m-plane GaN (2009)
  • Author(s): Fischer, Alec M., Wu, Zhihao, Sun, Kewei, Wei, Qiyuan, Huang, Yu, Senda, Ryota, Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Amano, Hiroshi, Ponce, Fernando A.
  • Journal Title: Applied Physics Express 2 Pages: 041002/1-041002/3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel UV devices on high-quality AlGaN using grooved underlying layer (2009)
  • Author(s): Tsuzuki, Hirotoshi, Mori, Fumiaki, Takeda, Kenichiro, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu, Yoshida, Harumasa, Kuwabara, Masakazu, Yamashita, Yoji, et al.
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 2860-2863
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One-sidewall-seeded epitaxial lateral overgrowth of a-plane GaN by metalorganic vapor-phase epitaxy (2009)
  • Author(s): Iids, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 2887-2890
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relaxation and recovery processes of Al_xGa_<1-x>N grown on AlN underlying layer (2009)
  • Author(s): Asai, Toshiaki, Nagata, Kensuke, Mori, Toshiaki, Nagamatsu, Kentaro, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 2850-2852
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strong emission from GaInN/GaN multiple quantum wells on high-crys talline-quality thick m-plane GaInN underlying layer on grooved GaN (2009)
  • Author(s): Senda, Ryota, Matsubara, Tetsuya, Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • Journal Title: Applied Physics Express 2 Pages: 061004/1-061004/3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activation energy of Mg in Al_<0.25>Ga_<0.75>N and Al_<0.5>Ga_<0.5>N (2009)
  • Author(s): K.Nagamatsu, K.Takeda, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • Journal Title: Phys.Status Solidi C 6 Pages: 437-439
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of p-type conduction in a-plane Ga_<1-x>In_xN(0<x<0.10)grown on r-plane sapphire substrate by metalorganic vapor-phase epitaxy (2008)
  • Author(s): Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 310 Pages: 4996-4998
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-performance UV emitter grown on high-crystalline-quality AlGaN underlying layer (2006)
  • Author(s): Tsuzuki, Hirotoshi, Mori, Fumiaki, Takeda, Kenichiro, Ichikawa, Tomoki, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu, Yoshida, Harumasa, Kuwabara, Masakazu, et al.
  • Journal Title: Physics Status Solidi A 206 Pages: 1199-1204
  • Peer Reviewed
• [Presentation] High Output Power AlGaN/GaN Ultraviolet Light Emitting Diodes by Activation of Mg-Doped P-Type AlGaN in Oxygen Ambient (2009)
  • Author(s): Kengo Nagata, Tomoki Ichikawa, Kenichiro Takeda, Kentaro Nagamatsu, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki
  • Organizer: ICNS 8
  • Place of Presentation: 済州島、韓国
  • Year and Date: 20091000
• [Presentation] Defects in Highly Mg-Doped AlN (2009)
  • Author(s): K.Nonaka, T.Asai, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • Organizer: The 8th International Conference on Nitride Semiconductors
  • Place of Presentation: 済州島、韓国
  • Year and Date: 20091000
• [Presentation] Growth of Low-Dislocation-Density AlGaN using Mg-Doped AlN Underlying Layer (2009)
  • Author(s): T.Asai, K.Nonaka, K.Ban, K.Nagata, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • Organizer: 8th International Conference on Nitride Semiconductors(ICNS-8)
  • Place of Presentation: 済州島、韓国
  • Year and Date: 20091000
• [Presentation] Internal Quantum Efficiency of GaN/AlGaN Multi Quantum Wells on Different Dislocation Density Underlying Layer (2009)
  • Author(s): Kenichiro Takeda, Fumiaki Mori, Yuji Ogiso, Tomoki Ichikawa, Kentaro Nonaka, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki
  • Organizer: ICNS 8
  • Place of Presentation: 済州島、韓国
  • Year and Date: 20091000
• [Presentation] 酸素雰囲気中でのp型AlGaNの活性化による高出力AlGaN/GaN紫外LED (2009)
  • Author(s): 永田賢吾, 竹田健一郎, 市川友紀, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 応用物理学会第70回応用物理学関連連合講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20090900
• [Presentation] Mg-doped AIN下地層を用いた低転位AlGaNの微細構造観察 (2009)
  • Author(s): 野中健太朗, 浅井俊晶, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20090900
• [Presentation] 非極性a面p-GaNのMg濃度の最適化 (2009)
  • Author(s): 田村健太、飯田大輔、岩谷素顕、上山智、天野浩、赤崎勇
  • Organizer: 第70回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20090900
• [Presentation] Mg-doped AIN下地層によるAlGaNの低転位化の機構 (2009)
  • Author(s): 浅井俊晶, 野中健太朗, 伴和仁, 永田賢昌, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 20090900
• [Presentation] Mg-doped AIN下地層を用いたAlGaN成長 (2009)
  • Author(s): 浅井俊晶, 野中健太郎, 伴和仁, 永田賢昌, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇, SAT-2, pp.85, (2009-5)
  • Organizer: 日本結晶成長学会ナノエピ分科会第1回窒化物半導体結晶成長講演会
  • Place of Presentation: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • Year and Date: 20090500
• [Presentation] 斜めファセット面を用いたAlGaNの全面低転位化 (2009)
  • Author(s): 竹田健一郎, 森史明, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇, 日本結晶成長学会ナノエピ分科会予稿集, SAT-18, (2009-5)
  • Organizer: 第1回窒化物半導体結晶成長講演会「窒化物半導体結晶成長の未来を展望する」
  • Place of Presentation: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • Year and Date: 20090500
• [Presentation] 活性化アニールによるp型Al_<0.17>Ga_<0.83>Nの正孔濃度と接触比抵抗の評価 (2009)
  • Author(s): 永田賢吾, 竹田健一郎, 永松謙太郎, 都築宏俊, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 応用物理学会第56回応用物理学関連連合講演会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 20090300
• [Presentation] 窒化物半導体応用の波長範囲の拡大, -赤外から紫外まで- (2009)
  • Author(s): 天野浩
  • Organizer: 赤崎先生京都賞受賞記念ワークショップ
  • Place of Presentation: 京都国際会館
  • Year and Date: 2009-11-12
• [Presentation] Past, present and future prospects of group III nitride based light emitting devices (2009)
  • Author(s): 天野浩
  • Organizer: 2nd International Conference on Microelectronics and Plasma Technology(ICMAP 2009)
  • Place of Presentation: BEXCO Convention Center, Busan, Korea
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] 9-a-X-2高品質GaN基板への期待 (2009)
  • Author(s): 天野浩
  • Organizer: 日本学術振興会第161委員会企画「GaN基板ウエハ実現の鍵を握る結晶育成・加工技術～その現状と課題、及び将来展望～」
  • Place of Presentation: 黒田講堂ホール、富山
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] Revolutions in Solid State Lighting Technology (2009)
  • Author(s): 天野浩
  • Organizer: International Workshop on EEWS
  • Place of Presentation: Daejeon Convention Center, Korea
  • Year and Date: 2009-09-02
• [Presentation] Growth and Conductivity Control of High-Quality GaInN for the Realization of High Efficiency Photovoltaic Devices (2009)
  • Author(s): H.Amano, Y.Kuwahara, Y.Fujiyama, Y.Morita, D.Iida, M.Iwaya, S.Kamiyama, I.Akasaki
  • Organizer: POEM2009
  • Place of Presentation: Wuhan, China
  • Year and Date: 2009-08-09
• [Presentation] 世界を変えるGaN発光デバイス～低炭素社会実現の救世主となるために～ (2009)
  • Author(s): 天野浩, 7月24日(金)
  • Organizer: 【大阪大学光科学センター】光科学フォーラムサミット
  • Place of Presentation: 千里阪急ホテルクリスタルホール
  • Year and Date: 2009-07-24
• [Presentation] Growth and conductivity control of high quality AlGaN and its application to high performance ultraviolet laser diodes (2009)
  • Author(s): H.Amano, S.A.Inada, K.Nagamatsu, K.Takeda, T.Asai, K.Nagata, K.Nonaka, T.Mori, H.Tsuzuki, M.Iwaya, S.Kamiyama, I.Akasaki
  • Organizer: SIMC-XV
  • Place of Presentation: Vilnius, Lithuania
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 持続可能な社会システム構築のための窒化物半導体の役割 (2009)
  • Author(s): 天野浩
  • Organizer: 第1回窒化物半導体結晶成長講演会
  • Place of Presentation: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • Year and Date: 2009-05-15
• [Presentation] p-AlGaNの活性化アニール特性 (2009)
  • Author(s): 永田賢吾, 竹田健一郎, 市川友紀, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 日本結晶成長学会ナノエピ分科会 第1回窒化物半導体結晶成長講演会「窒化物半導体結晶成長の未来を展望する」
  • Place of Presentation: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • Year and Date: 2009-05-15
• [Presentation] AlGaN中のMgの活性化エネルギー(II) (2009)
  • Author(s): 永松謙太郎, 浅井俊晶, 竹田健一郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • Organizer: 春季 第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2009-04-01
• [Presentation] Challenge for short wavelength semiconductor UV laser diodes (2009)
  • Author(s): H.Amano, H.Tsuzuki, T.Mori, K.Takeda, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, I.Akasaki
  • Organizer: Proceedings of SPIE Volume 7216
  • Place of Presentation: San Jose Convention Center, USA
  • Year and Date: 2009-01-28