Control of heterointerface region in the heteroepitaxial growth of In-based nitride semiconductors

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05348
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30010:Crystal engineering-related
• Research Institution: Kogakuin University
• Principal Investigator: Yamaguchi Tomohiro 工学院大学, 先進工学部, 教授 (50454517)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 拓生 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 主幹研究員 (90586190) ; 村上 尚 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: In系窒化物半導体 / ヘテロエピタキシャル成長 / ヘテロ界面 / MBE / X線その場観察 / 赤色LED

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study was the control of heterointerface region in the heteoepitaxial growth of In-based nitride semiconductors. The control of heterointerface region includes the interface between the lattice-relaxed film maintaining high crystal quality and substrate and the interface of quantum structures consisting of high-quality crystals without lattice relaxation.
Through (1) the understanding of the dynamic behavior of InGaN heteroepitaxial growth using in-situ observation during crystal growth, (2) the fabrication of InGaN/InGaN quantum well structures on relaxation-controlled InGaN underlayers, (3) the adoption of orderly arrayed InGaN nano-column structures, the red light emission with an internal quantum efficiency of 10% was realized.

Free Research Field

結晶工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

窒化物半導体材料を用いた青色・緑色の発光ダイオードやレーザダイオードの発光デバイスが実用化されている。窒化物半導体材料による赤色発光デバイスの実現は、同一材料系での素子小型化により実現可能なマイクロLEDや、高温動作時の安定性に優れたレーザが依然望まれている高出力レーザプロジェクタなどへの応用展開を可能にする。
本研究では、窒化物半導体赤色発光デバイス製作のためのInGaNマトリックスの形成方法、および、InGaNマトリックス内で発光層となるInGaN/InGaN量子井戸構造の形成方法ついての基礎検討を行った。本研究で得られた成果は、上記デバイス製作の指針となることが期待される。