2021 Fiscal Year Research-status Report
非単結晶基板上のⅢ族窒化物ナノ柱状結晶形成と高性能大面積面状発光デバイスへの応用
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20K04614
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
佐藤 祐一 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (70215862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 嘉一 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (10302259)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題において用いる非単結晶基板は大面積化対応可能でかつ低コストであるものが望ましく，これまで低コスト太陽電池への適用で実績のあるキャスト法による多結晶Siウェハを基板とし，その上に垂直配向したGaN系ナノ柱状結晶を用いたLED形成が基本的に可能であることをこれまでに確認してきた。
多結晶Si基板上に垂直配向したナノ柱状結晶を得る際により結晶配向性を整えるためのナノ柱状結晶（ステアリング結晶）を成長するが，その成長条件の影響を当該年度は検討した。また，多結晶Si基板上のナノ柱状結晶に基づくダイオードにおいて整流特性が問題なく得られ，各種構造として形成した場合でも発光が得られることを確認しているが，InGaN活性領域の成長条件とその発光特性の詳細な検討が必要であり，当該年度はその点についても実験検討を行った。
結晶配向性を整えるためのステアリング結晶の成長条件の影響については比較的自由度が高く，その上に形成する窒化物系ナノ柱状の成長様式に大きな影響を与えることが少ないことを確認した。また，多結晶Si基板を用いた場合には単結晶基板を用いた場合と異なり，InGaN活性領域の成長が望ましい形態とはならない可能性も考えられる。また，窒化物半導体の特徴である広範囲でエネルギーバンドギャップを制御し，発光波長も広範囲で制御できるかどうかの確認も必要であるが，当該年度における実験検討の結果，単結晶基板を用いる場合と同様に紫外領域から赤色領域まで発光波長の異なるInGaNナノ柱状結晶が当該基板を用いた場合でも得ることが可能であることを確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで多結晶Si基板上であってもLEDが形成可能であることが確認できており，その形成における多様性に対応可能かどうかが次なる課題であったが，結晶配向を整えるためのステアリング結晶やInGaN活性領域に関してその自由度や制御性が十分あることが確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで多結晶Si基板であってもLEDが作製でき，その多様性への対応も可能であることが確認できているが，その方向性をより追求していく。
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| Causes of Carryover |
これまで当該構造の多様性を確認する必要が生じ，LED構造の形成に主眼を置いて研究を進めており，当初に予定していた詳細な構造解析の推進の割合が相対的に小さくなったためによる。今後は構造解析についてもその比率を高め，性能向上や現象解明につなげていく予定である。
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