| 研究課題/領域番号 |
23K23241
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01973 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 徳島大学 |
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研究代表者 |
永松 謙太郎 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (40774378)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 高温結晶成長 / 深紫外LED / 窒化物半導体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、AlN成長の平衡条件に近い成長温度を用いて遠紫外に近い波長領域のLEDの高効率化を行うものである。AlNは6eV程度の非常に大きなバンドギャップを有するが、220 nmのLEDを作製するための高Al組成AlGaNでは成長条件がAlNに準ずるため成長条件が未成熟であり量子構造の形成、伝導性の制御ができず高輝度発光は実現できていない。我々は、これまでに誰も達成していなかった高温領域でAlNおよび高組成AlGaNに最適な成長温度の導出に成功している。本研究では、高温成長の量子構造の形成および電気伝導性制御に対する有効性を確認し、220 nm深紫外LEDの高輝度発光を実現する。
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| 研究実績の概要 |
本研究はAlNを含む窒化物半導体の中でもデバイス構造を作製できる限界に近い220nm波長帯でのLEDの高効率化を目的としている。230nm以下の波長帯では表皮での吸収が大きく人体に無害であることが知られているため有人環境下で深紫外LEDの使用が可能でありアプリケーション拡大に貢献できることが期待される。一方でAlNのバンドギャップは6.0eVでありAlN自身で発光層を作製した場合でも210nm程度であることから量子井戸発光層を220nmの波長帯に設定するLEDはAlNモル分率の高いAlGaNを高品質に成長させる技術だけでなくデバイス構造を考慮した結晶成長技術の構築が求められる。
高AlNモル分率AlGaNの結晶成長について高温成長を用いることで結晶性の改善が確認された。また、超格子構造においても高AlNモル分率AlGaNとAlNにおいて急峻な界面が形成可能であることを確認した。Al原料とGa原料の割合としてGa割合の非常に高い非線形な領域で高Al組成AlGaNの成長を実現した。
本年度は、AlGaNおよびその材料の局在効果について発表を行い、International conference on Nitride semiconductors-14（ICNS14）にて3件の発表を行い、内2件が、学会のポスター発表賞にあたるOusting poster awardに選ばれた。また、第71回応用物理学会春季学術講演会にて口頭発表2件、中四国応用物理学会にて2件の口頭発表を行い、中四国応用物理学会では発表の内1件が発表奨励賞に選ばれた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度の研究目標は、高温で成長したAlGaNにおいてドーピング効果技術を構築すること、Gaの局在効果を明らかにすること、またLEDとして0.1％を超える量子効率を実現することを掲げた。
ドーピング技術の構築については、結晶成長装置のドーピングラインの改造完了まで行った。一方で、AlGaN成長におけるGa局在については、一定の成果が得られ、マクロレベルでは、局在化が可能であることが確認された。LEDデバイスについては、コラボレーションしている機関とともに220nmではないが深紫外波長領域において、0.1％以上の発光効率を実現した。また、高温成長AlNが深紫外LEDに有効であることを見出した。
対外的な発表に関しても国際会議3件の他に3件の発表賞(国際会議2件、国内会議1件)の実績を挙げている。
以上のように、LEDデバイスでの量子効率達成、Ga局在を実現したAlGaNの成長について成果を挙げることに成功し、次年度の研究計画につながる研究進捗を得られたため「おおむね順調に進展している」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の推進方策としては、次年度は最終年度となるためデバイスとしての評価にこだわった研究進捗が必要になると考えている。作製したデバイスに対してシミュレーションを行い結果の整合性を高め課題の本質を明らかにしながら研究を進めていくことを実践する。
具体的な検討としては、ドーピング技術、発光層での局在効果などLEDデバイスの要素技術を実際にLEDを作製して特性評価をしながらシミュレーションで得られる理想的な特性と比較する。単に最適化をするのではなく、計算結果と比較することで課題を確認しながら量子効率の改善を目指す。
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