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超高効率化合物半導体量子細線発光ダイオードの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17360170
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

王 学論  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー研究部門, 主任研究員 (80356609)

研究分担者 小倉 睦郎  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー研究部門, 主任研究員 (90356717)
永宗 靖 (長宗 靖)  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー研究部門, 主任研究員 (20218027)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
12,160千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 660千円)
2007年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2006年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2005年度: 5,600千円 (直接経費: 5,600千円)
キーワード発光ダイオード / 光取出し効率 / 自然放出光 / 形状基板 / 量子井戸 / 内部量子効率 / 量子細線 / 指向性 / V溝基板 / 導波路
研究概要

化合物半導体高効率発光ダイオード(LED)は21世紀の省エネルギー・長寿命の照明光源として大きな注目を集めているが、従来の平坦基板LEDの場合、界面での全反射、電極による遮蔽、基板による吸収などの原因によって半導体内部で発生した光を高い効率で外部へ取り出すことは非常に難しい。本研究は、予め加工を施した形状基板上への選択成長に基づく自然放出光の制御技術を利用し、従来デバイスの光取出し効率を遥かに超える半導体LEDをより簡単なプロセスで実現することを目的として、以下の重要な成果が得られた。
1.電流注入・発光領域分離型LEDの提案・試作:我々は形状基板上に成長した半導体ナノ構造のバンドギャップエネルギーが結晶面によって変化する性質に着目し、電極による光の遮蔽を大幅に抑制できる電流注入・発光領域分離型という新しいタイプのLEDを提案した。すなわち、電流注入のためのオーミック電極をバンドギャップエネルギーの高い結晶面にのみ選択的に形成し、注入されたキャリアがバンドギャップエネルギーの低い結晶面に移動してから発光させることによって、従来構造で問題となっていた金属電極による光の遮蔽を完全になくすことが原理的に可能になった。
2.新しい自然放出光の高効率制御現象の発見:V溝形GaAs基板の(001)平坦面に成長した横幅1μm以下の量子井戸発光の外部取出し効率および内部量子効率はともに、量子井戸構造の周辺をA1組成の高い障壁層で囲むことにより、飛躍的に向上される現象を発見した。具体的に、Al_<0.65>Ga_<0.35>As障壁層で囲んだGaAs/Al_<0.3>Ga_<0.7>As量子井戸の自然放出光は60%を超える効率で外部へ取り出せ、また室温における発光の内部量子効率はAl_<0.65>Ga_<0.35>As障壁層のない試料に比べて10倍以上も高いことが判明した。現在、この現象を利用した高効率LEDの開発を進めている。

報告書

(5件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果発表報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (14件) 産業財産権 (12件) (うち外国 4件)

  • [雑誌論文] Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      X.-L.Wang
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 45

    • NAID

      210000062036

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-injection and Light-emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 45

      ページ: 874-877

    • NAID

      210000062036

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      Xue-Lun Wang
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 45巻33号

    • NAID

      210000062036

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] Observation of Very High Spontaneous Emission Extraction Efficiency from Semiconductor Nanostructures on Patterned Substrates2008

    • 著者名/発表者名
      X.-L.Wang and S.Furue
    • 学会等名
      50th Electronic Materials Conference
    • 発表場所
      Santa Barbara, CA, USA
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 形状基板上成長量子ナノ構造の高い自然放出光放射効率の観測-その2:発光の空間指向性2008

    • 著者名/発表者名
      王 学論、古江重紀
    • 学会等名
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      日本大学理工学部
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 形状基板を用いた高効率発光ダイオードの提案・試作2008

    • 著者名/発表者名
      古江重紀、王 学論
    • 学会等名
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      日本大学理工学部
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Observation of Very High Spontaneous Emission Extraction Efficiency from Semiconductor Nanostructures on Patterned Substrates2008

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang and S. Furue.
    • 学会等名
      50th Electronic Materials Conference
    • 発表場所
      Santa Barbara, CA, USA.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Observation of Highly Efficient Spontaneous Emission from Nanostructures Grown on Patterned Substrate -II : Spatial Directionality2008

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang and S. Furue.
    • 学会等名
      55th Spring Meeting of the Japan Society od Applied Physics and Related Societies
    • 発表場所
      Nihon University, Funabashi.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Proposal and Fabrication of High Efficiency Light-Emitting Diode Using Patterned Substrate2008

    • 著者名/発表者名
      S. Furue and X. -L. Wang.
    • 学会等名
      55th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics and Related Societies
    • 発表場所
      Nihon University, Funabashi.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 形状基板上成長量子ナノ構造の高い自然放出光放射効率の観測2007

    • 著者名/発表者名
      王 学論、古江重紀
    • 学会等名
      第68回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道工業大学
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Observation of Highly Efficient Spontaneous Emission from Nanostructures Grown on Patterned Substrates2007

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang and S. Furue.
    • 学会等名
      68th Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics
    • 発表場所
      Hokkaido Institute of Technology, Sapporo.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      X.-L.Wang
    • 学会等名
      64th Device Research Conference
    • 発表場所
      University Park, PA, USA
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] A Novel Semiconductor Light-Emitting Diode with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      X.-L.Wang
    • 学会等名
      13th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    • 発表場所
      Miyazaki, Japan
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 電流注入・発光領域分離型半導体発光ダイオード2006

    • 著者名/発表者名
      王 学論
    • 学会等名
      第53回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      武蔵工業大学
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang.
    • 学会等名
      64th Device Research Conference
    • 発表場所
      University Park, PA, USA.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas2006

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang.
    • 学会等名
      53th Spring Meeting of the Japan Society od Applied Physics and Related Societies
    • 発表場所
      Musashi Institute of Technology, Tokyo.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] A Novel Semiconductor Light-Emitting Diodes with Separated Current-Injection and Light-Emitting Areas

    • 著者名/発表者名
      X. -L. Wang.
    • 学会等名
      13th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    • 発表場所
      Miyazaki, Japan.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体発光ダイオード2012

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 取得年月日
      2012-05-25
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
  • [産業財産権] Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体発光ダイオード2011

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 取得年月日
      2011-07-19
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 半導体発光ダイオード2011

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2011-08-25
    • 取得年月日
      2014-02-25
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 半導体発光ダイオード2011

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2011-500562
    • 出願年月日
      2011-05-16
    • 取得年月日
      2013-09-06
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
  • [産業財産権] 半導体発光ダイオード2010

    • 発明者名
      王 学論, 小倉 睦郎
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2010-02-08
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 半導体発光ダイオード2009

    • 発明者名
      王 学論, 小倉 睦郎
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2009-140684
    • 出願年月日
      2009-06-12
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
  • [産業財産権] III-V族化合物半導体発光ダイオード2007

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      産総研
    • 産業財産権番号
      2007-003933
    • 出願年月日
      2007-01-11
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要 2006 実績報告書
  • [産業財産権] III-V Group Compound Semiconductor Light-Emitting Diode2007

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      産総研
    • 出願年月日
      2007-01-11
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 外国
  • [産業財産権] 半導体発光ダイオード2007

    • 発明者名
      王 学論, 古江重紀, 小倉睦郎
    • 権利者名
      産総研
    • 産業財産権番号
      2007-225225
    • 出願年月日
      2007-08-31
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 半導体発光ダイオード2007

    • 発明者名
      王学論
    • 権利者名
      産総研
    • 産業財産権番号
      2007-225225
    • 出願年月日
      2007-08-31
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] III-V Group Compound Semiconductor Light-Emitting Diode2007

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      産総研
    • 出願年月日
      2007-01-12
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] III-V族化合物半導体発光ダイオード2006

    • 発明者名
      王 学論
    • 権利者名
      産総研
    • 産業財産権番号
      2006-004595
    • 出願年月日
      2006-01-12
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2017-02-24  

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