Realization of directional micro-LED by bottom-up technique

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04589
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Kumagai Naoto 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (40732152)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 王 学論 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, ラボチーム長 (80356609) ; 山田 寿一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, ラボ研究主幹 (20358261) ; Zhang Kexiong 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 産総研特別研究員 (80774463)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 窒化物半導体 / マイクロLED / 選択成長 / 有機金属気相成長法

Outline of Final Research Achievements

Towards the realization of smart glass, we have fabricated micro-light-emitting structures that is the base structure of directional micro-LED, which is a key device for AR/VR head-mounted displays. The structure was grown by MOCVD selective growth, which is a bottom-up approach. GaN micro truncated hexagonal pyramids with a base diameter of 300 nm were grown in the micro-apertures patterned by electron beam lithography, and two InGaN quantum well (QW) layers were grown on the facets of truncated hexagonal pyramids. Formation of QWs was confirmed by cross-sectional observation of transmission electron microscope, and emission with a wavelength of 420 nm was observed uniformly from the entire circumference of the slope facets of the microstructure by cathodoluminescence.

Free Research Field

結晶工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

指向性マイクロLEDの実現には、指向性を発現する1ミクロンオーダーの構造の中により小さな微小発光構造を設ける必要がある。本研究はその微小発光構造をダメージが導入されるドライプロセスではなく、選択成長というボトムアップアプローチにより作製した点に意義がある。また作製した微小発光構造は底面径300nmの六角錐台形状であり、その斜面に発光を担う量子井戸層を2層積層し、その六角錐台の斜面全周から均一な発光が得られた事は指向性マイクロLED実現に向けた基礎技術確立の一端として重要である。