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高出力白色LED(GaN,ZnO系)の劣化を引き起こす増殖性点欠陥の人工的制御

Research Project

Project/Area Number 19760008
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied materials science/Crystal engineering
Research InstitutionJapan Aerospace Exploration Agency

Principal Investigator

足立 真寛  宇宙研機構, 研究員 (90379660)

Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥3,650,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
KeywordsGaN / ZnO / 照明 / 白色LED / 素子劣化 / 格子欠陥 / 半導体物性
Research Abstract

本研究により,結晶に含有される悪性の欠陥を無効化し,LED素子を長寿命化させる手法を提案・実証することに成功した。
(1)素子劣化のメカニズムの解明:非発光性欠陥による劣化 電子・正孔の再結合を利用するLED素子の主たる劣化機構は,発光にあずからない遷移,つまり非発光電子・正孔再結合にあることを本研究より明らかとした。非発光性の欠陥を介した遷移により,電子エネルギーは熱エネルギーとして多重フォノンを放出する。すると,その欠陥は自己増殖,もしくは異常拡散を示す。この増殖,拡散といった欠陥反応により,活性層周辺の欠陥濃度が増加するため,光出力は低下する。つまり,LED素子の劣化は,欠陥における非発光電子・正孔再結合により引き起こされていることを見出した。
(2)LED素子の長寿命化手法:非発光性欠陥における電子・正孔再結合の人口的制御 素子の長寿命化のために,素子劣化の根本である「欠陥における電子・正孔非発光再結合」を人工的に制御する手法を考案した。欠陥に電子,正孔が捕獲される際には,有限の時間が必要である:その時間は,欠陥固有の物理量であるキャリヤ捕獲断面積と,キャリヤ濃度(駆動電流量)に依存することを本研究より明らかとした。この知見を基に,注目する欠陥が必要とする電子、正孔再結合時間よりも短い時間で素子を駆動することで,その欠陥における電子エネルギーの遷移を生じさせなくする,つまり欠陥を無効化することに成功した。実証例として,GaN系深紫外LED素子を大電流(〜500A/cm^2)で駆動し,本手法を適用したところ,従来の13倍にその半減寿命(初期光出力の半減となる時間)を改善させることができた。

Report

(1 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2008 2007

All Journal Article (4 results) Presentation (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 2 results)

  • [Journal Article] New method to control defect reaction induced by electron-hole recombination for long-living widegap light-emitting devices2008

    • Author(s)
      M. Adachi, Y. Hashimoto, K. Kanzaki, S. Ohashi, Y. Morita, T. Abe, H. Kasada, K. Ando, M. Tajima
    • Journal Title

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics in press

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Journal Article] New defect control for extremely long-lived widegap light emitting diodes2008

    • Author(s)
      M. Adachi. K. Ando, Y. Hashimoto, K. Kanzaki, S. Ohashi, Y. Morita, T. Abe, H. Kasada
    • Journal Title

      Journal of the Korean Physical Society in press

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Journal Article] Demonstration of practical blue waveguide Stark-effect modulators of ZnSe/ZnMgSSe asymmetric coupled quantum wells2008

    • Author(s)
      T. Abe, N. Yamane, T. Nishiguchi, H. Kozeni, T. Yoshida, M. Adachi, H. Kasada, K. Ando
    • Journal Title

      Journal of the Korean Physical Society in press

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Journal Article] High sensitive ultraviolet photodiodes of ZnSSe n^+-i-p structure on p+-CraAs with extremelythin n^+-window layer grown by MBE2008

    • Author(s)
      K. Miki, T. Abe, Y. Oshita, D. Katada, K. Nobe, M. Nomura, M. Adachi, H. Kasada, KAndo
    • Journal Title

      Journal of the Korean Physical Society in press

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] New defect control for extremely long-lived widegap light emitting diodes2007

    • Author(s)
      M. Adachi, K. Ando, Y. Hashimoto, K. Kanzaki, S. Ohashi, Y. Morita, T. Abe, H. Kasada
    • Organizer
      13th International Conference on II-VI Compounds
    • Place of Presentation
      Jeju,Korea
    • Year and Date
      2007-09-14
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Demonstration of practical blue waveguide Stark-effect modulators of ZnSe/ZnMgSSe asymmetri ccoupled quantum wells2007

    • Author(s)
      T. Abe, N. Yamane, T. Nishiguchi, H. Kozeni, T. Yoshida, M. Adachi, H. Kasada, K. Ando
    • Organizer
      13th Internationa lConference on II-VI Compounds
    • Place of Presentation
      Jeju,Korea
    • Year and Date
      2007-09-10
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] High sensitive ultraviolet photodiodes of ZnSSe n^+-i-p structure on p+-GaAs with extremely thin n^+-window layer grown by MBE2007

    • Author(s)
      K. Miki, T. Abe, Y. Oshita, D. Katada, K. Nobe, M. Nomura, M. Adachi, H. Kasada, K. Ando
    • Organizer
      13th International Conferenceon II-VI Compounds
    • Place of Presentation
      Jeju,Korea
    • Year and Date
      2007-09-10
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] New method to control defect reaction induced by electron-hole recombination for long-livingwidegap light-emitting devices2007

    • Author(s)
      M. Adachi, Y. Hashimoto, K. Kanzaki, S. Ohashi, Y. Morita, T. Abe, H. Kasada, K. Ando, M. Tajima
    • Organizer
      12th International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors
    • Place of Presentation
      Berlin,Germany
    • Year and Date
      2007-09-08
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電子装置及び電子装置の発光制御方法2008

    • Inventor(s)
      足立 真寛
    • Industrial Property Rights Holder
      鳥取大学
    • Filing Date
      2008
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電子装置及び電子装置の発光制御方法2008

    • Inventor(s)
      足立 真寛
    • Industrial Property Rights Holder
      鳥取大学
    • Industrial Property Number
      2007-133909
    • Acquisition Date
      2008-02-26
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Overseas

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Published: 2007-04-01   Modified: 2016-04-21  

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