| 研究課題/領域番号 |
23KJ1442
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
竹尾 敦志 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-25 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2024年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2023年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 非極性面 / ユウロピウム / LED |
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| 研究開始時の研究の概要 |
結晶成長での成長面方位を変化させることによりユウロピウムの周辺局所構造を制御し、Eu添加GaNを用いた窒化物系赤色LEDの高輝度化を目指す。
また、これを応用したマイクロLEDディスプレイの開発に向け、同一基板上へのフルカラーLEDの作製を行う。
現在、開発されているマイクロLEDディスプレイには、各色のLEDには異なる材料系で構成される(赤：InGaP系、青・緑：InGaN系)ため、別々の基板上に作製したLED素子を小さく切り分け、それらを正確に配置する必要がある。そこで、GaN系材料で構成されるEu添加GaNを赤色LEDとして用いることで、低コスト・高精細なマイクロLEDの実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、物性的に高いポテンシャルが期待されながらも高品質結晶の成長が容易でない非極性面上の窒化ガリウム（GaN）に関して、有機金属気相成長の過程において希土類元素のEuを添加することで、成長表面の改善を誘起すると共に、Eu添加GaN赤色LEDの高輝度化を目指した研究を推進している。
今年度は、おもに半極性(20-21)GaN上にEu添加GaN赤色LEDを作製し、電流注入下での動作とその発光特性評価を行ことを主眼に研究を行った。これまでの研究から、Eu添加GaNの発光効率は、Euイオンの周辺局所構造に大きく左右されることが明らかになっており、とくにOMVPE7と呼ばれる酸素原子を近傍に持つEuイオンの発光効率が高いことが明らかになっている。本研究で作製した(20-21)GaN上にEu添加GaN赤色LEDでは、面方位の特性から酸素原子の取り込み量が多いことも一因となり、OMVPE7の発光割合が約三倍に増大したことが明らかになった。また、Euがクラスタリングすることによって生じる低効率かつブロードな発光を生じるOMVPE1, 2と呼ばれるEu周辺局所構造の形成が劇的に抑制され、結果として極めて半値幅の狭い室温高効率発光が得られることを見出した。同条件で作製した従来の(0001)上のEu添加GaN赤色LEDと比較して、電流注入下でのEuイオン励起効率を示す励起断面積は約二倍になり、波長積分発光強度も約三倍となることを確認した。
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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
今年度は、研究計画通り半極性(20-21)GaN上にEu添加GaN赤色LEDの実作と光学特性評価を実施した。通常の極性面である(0001)GaN上に作製した赤色と比較して、非極性面上成長ならではの酸素の取り込みを駆使して、意図的なEu周辺局所構造変化を誘起すると共に、線幅の減少やOMVPE7割合の増大など、発光機構の特徴的な変化を確認することができた。また、同条件で作製した従来の(0001)上のEu添加GaN赤色LEDと比較して、半極性(20-21)GaN上Eu添加GaN赤色LEDにおいて約三倍の積分発光強度を確認できるなど順調に研究は進んでおり、当初の計画から特段の遅れは生じていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の展開としては、Eu添加を利用した表面構造の改質効果の検証と、同一非極性面基板上のフルカラー集積が挙げられる。同一基板上へのフルカラーLEDの作製には、赤・青・緑色LEDを縦型に積層する必要があり、厚膜な結晶を高品質に成長することが不可欠となる。これまでに、LED構造を成膜する前にEu添加層を成膜することによって、上部の結晶表面が著しく平坦になることを見出しているが、その詳細なメカニズムは明らかとなっていない。そのため、厚膜成長時にも平坦な表面を得る手法を確立するとともに、そのメカニズムの解明に取り組む。これら要素技術の確立により、縦方向積層型フルカラーLEDに向けた検討を行う予定である。
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