2015 Fiscal Year Annual Research Report
光子モード制御を用いたＥｕ添加ＧａＮ赤色ＬＥＤの高輝度化
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15J00887
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
稲葉 智宏 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / ユーロピウム / 微小共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は最終目標である「発光遷移確率増大に伴ったEu添加GaN赤色LEDの高輝度化」に不可欠な要素技術の確立を行った。得られた知見は下記の通りである。
①薄膜p型GaNを有するLEDの作製 表面プラズモン共鳴(SPR)を用いて発光遷移確率を制御する際に重要となるのが、金属膜と発光層との距離である。SPRの効果は金属膜から離れるにしたがい減衰するため、40 nm程度の距離で金属と発光層を配置する必要がある。しかし、p型GaNのキャリア濃度が低いために一般的なGaN系LEDはp型GaNの膜厚が100 nm程度必要となる。そこで、我々はⅢ属原料を交互供給し、原料の拡散を促すことで通常よりも高いキャリア濃度を有するp型GaNの成長を実現した。この高キャリア濃度p型GaNを20 nm成長したLEDを作製したところ、従来のLEDと比較しても遜色のない特性のLEDの作製に成功した。
②高速成長AlInNを用いた反射率ブラッグ反射鏡(DBR)の作製 AlInNはIn組成が18 %の時にGaNと格子整合するためDBRの作製に用いられる。しかし、成長速度がGaNと比較して極めて遅いため高反射率のDBRの作製には多大な時間を要する。そこで、我々は原料ガスの供給方法を工夫することで遅い成長速度の原因となる原料同士の反応を抑制し、従来の報告の約2倍の成長速度を実現した。この高速成長AlInNを用いてDBRを作製したところ、Euの発光波長で反射率99.0 %を有するDBRの作製に成功した。
③微小共振器を用いたEu添加GaNの発光強度増大 微小共振器中では光の状態密度が変調されるため、発光遷移確率や発光の結合モード定数の増大が期待される。そこで、②で述べたDBRを下部反射鏡に、誘電体DBR（反射率98.7 %）を上部反射鏡に用いた微小共振器中にEu添加GaNを作製したところ、約13倍の発光強度増大に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では一年目に薄いp型GaNを有するLEDの作製を行い、二年目に高速成長AlInNを用いたDBRの作製を行う予定であったが、上述したように一年度目ですでに二年目までの実験計画を遂行できたため当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
二年目には、当初の計画では三年目に行う予定であった共振器構造を用いた高輝度Eu添加GaN赤色LEDの作製を行う。また、共振器中にEu添加GaNを作製することによる発光特性の変化についても詳細な評価を行う予定である。
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