2005 Fiscal Year Annual Research Report
II-VI,III-V族ワイドバンドギャップ半導体発光デバイスの劣化機構解明と制御
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16360008
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
安東 孝止 鳥取大学, 工学部, 教授 (60263480)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 晃 鳥取大学, 工学部, 助教授 (70183001)
阿部 友紀 鳥取大学, 工学部, 助手 (20294340)
松岡 隆志 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40393730)
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| Keywords | ワイドギャップ半導体光デバイス劣化機構 / ミクロ欠陥による素子劣化 / ミクロ点欠陥増殖・移動 / ZnSe白色LEDの劣化と制御 / GaN系光デバイスのミクロ欠陥 / 電子的欠陥反応 / ミクロ欠陥制御による素子寿命改善 |
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| Research Abstract |
H17年度はII-VI(ZnSSe-系)およびIII-V(GaN-系)LED,LD、PIN,APD素子の動作劣化機構と制御について、ミクロ点欠陥の立場から研究を進めた。以下に得た成果(知見および制御技術)を列記する。
1-1.ZnSe系LED(白色)およびLD(青緑色)素子劣化のメカニズムの解明
マクロ欠陥が完全に制御(抑制)された高品質・発光素子(LED,LD)の最終劣化ステージ(ミクロ点欠陥によるSLOW-MODE劣化)の劣化機構は異なる2種類の劣化プロセスによることが判明した。
*第1ステージは、素子のp型クラッド層(pZnMSSe層)のN原子複合欠陥が電流通電により増殖と拡散(活性層へ)を促進し、量子井戸活性層において凝縮(暗点形成)する機購である。この劣化は、素子作製プロセス(MBE成長)で導入されたミクロ欠陥(N原子(アクセプタ)の複合欠陥:HO中心)が中心的な役割を果たしている。
*第二ステージは、暗点の発生がなく、発光エリア(活性層)全体の輝度がゆっくりと劣化するMODEである。このSLOW-MODE劣化(ZnSe系素子の最終劣化ステージ)は、p型クラッド層の有効キャリア濃度の減少として発現する。つまり素子動作においてアクセプタを補償する深いドナー性欠陥の増殖に起因する。現在はこのドナー欠陥の起源とその制御手法の確立に注力している段階である。
1-2.ZnSe白色LEDの劣化制御技術の開発
上記第1ステージの劣化(HO中心が起源)は、HO中心の欠陥増殖・移動の人工的制御により完全に克服されることが判明した。この技術のポイントは、HO中心の増殖の駆動力となる非発光・電子-正孔再結合を通電する電流のパルス幅により制御する手法である(特許出願)。この技術により、ZnSeLED.LDの暗点発生による素子劣化は完全に制御できることを確認した。また、HO中心は電界印加(逆バイアス素子)では全く増殖せず、PIN,APD素子(逆バイアス型光検出素子)の長寿命動作が実証された。ミクロ欠陥の人口的制御が本質的に素子動作寿命を大幅に改善した実証例と言える。
2.GaN-系青-紫外線LED素子の劣化機構
GaN系発光デバイス(GaInAln-紫外LED、LD)の素子劣化は、II-VI系とは全く異なり、素子発光層(量子井戸)にミクロ点欠陥を発生・増殖させる、直接的な発光効率の劣化であることが判明した。この知見は素子の活性層中のミクロ欠陥の検出(素子エージング過程でのin-situ DLTS技術)により実証されたが、次年度はさらに欠陥増殖過程を追跡し、欠陥の起源およびその制御手法の確立にむけて研究を進める。
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