Top emission UV-LEDs using h-BN

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04147
• 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: Yamada Hisashi 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 六方晶窒化ホウ素 / AlGaN / UV-LED / MOCVD / 残留不純物 / 格子緩和 / 貫通転位 / ジボラン

Outline of Final Research Achievements

Top-emission AlGaN-based LED structures with hexagonal boron nitride (h-BN), which has a larger band gap than the emission layer, were grown by MOCVD to achieve a high-brightness light source in the UV region. Atomically smooth, fully strain-relaxed, and light-reflectivity in the 280 nm band >80% AlGaN buffer layer was successfully grown on an AlN template. The AlGaN-MQWs deposited on the AlGaN buffer layers showed strong PL emission at room temperature, with a FWHM of 5nm. The origin of the C, O and Si residual impurities in the h-BN films was identified. Optimized growth conditions, such as B2H6 and NH3 precursors and BN susceptors enabled reduction in residual impurities by two orders of magnitude.

Free Research Field

化合物半導体の結晶成長

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現状のAlGaN系UV-LEDが直面している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）に対して、本研究はボトルネック解消となる一つのアプロ―チを示した。AlN下地上に表面平坦性を維持したまま、完全に格子緩和するAlGaN成膜技術はUV-LEDのみならずVCSEL、さらには電子デバイスへの応用が期待できるものであり、学術的・社会的意義がある。