2021 Fiscal Year Research-status Report
Top emission UV-LEDs using h-BN
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21K04147
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山田 永 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 (60644432)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊谷 直人 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)
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)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 六方晶窒化ホウ素 / AlGaN / UV-LED / ジボラン / 残留不純物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は紫外光域の高輝度光源実現のため、六方晶窒化ホウ素（h-BN）を用いたトップエミッション型AlGaN系LED構造をMOCVDで一貫成長にて行うことを特徴とする。現状AlGaN系LEDは4つの課題（格子整合する基板が存在しない、正孔注入効率が低い、電子オーバーフロー、低Al組成AlGaNやGaNに吸収される）がある。本研究はAlGaN歪み緩和・光反射超格子層およびAlGaNとの正孔障壁が低いh-BN正孔注入層を用いることでこれら課題の解決を目指している。AlGaN発光層は歪みが緩和され、発光層から下面に発光した光は光反射層で上面に反射され、上面に発光した光はバンドギャップが大きいh-BNを透過する。これらをMOCVD一貫成長にて行うことで急峻な界面と残留不純物の低減が可能となるため高効率LEDの実現が期待できる。
2021年度はAlGaN歪み緩和・光反射層の成膜を行った。AlGaN歪み緩和・光反射層の構造としてAl組成、膜厚、周期数を変化させ、その成長条件の最適化として成長温度・圧力等を変化させた。表面モフォロジー、歪み緩和率、光反射率をAFM、XRD逆格子マップ、および反射測定により測定した。その結果、表面平坦性を維持したまま、歪み緩和>75%を実現し、かつ>80%の反射率を有するAlGaN歪み緩和・光反射層の成膜に成功した。
また、ジボラン（B2H6）とアンモニア（NH3）を原料に、BNをサセプター材料に用いてサファイア基板上にh-BN膜を成膜し残留C濃度、O濃度、Si濃度を調査した所、トリメチルボロン（TMB）とアンモニア（NH3）を原料に、SiCコートグラファイトをサセプター材料に用いる場合に比較して、上記の残留濃度は全て2桁減少させることに成功した。
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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
最終目標である六方晶窒化ホウ素（h-BN）を用いたトップエミッション型AlGaN系LED構造に向けて、その要素技術となるAlGaN歪み緩和・光反射層と六方晶窒化ホウ素の基本となる成膜条件を確立した。
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| Strategy for Future Research Activity |
AlGaN歪み緩和・光反射層上のAlGaN電子注入層、さらにLED活性層の成膜条件検討を行う。また、h-BN正孔注入層実現に向けて正孔として期待されるMgドーピングを行い残留不純物を含めた定量分析を行う。
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| Causes of Carryover |
実験に使用する消耗品を購入したが2,646円残額が生じたため、2022年度に繰り越し消耗品として使用します。
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