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本研究の目的は、パルス励起堆積法と呼ばれる非平衡性の高い新規結晶成長手法を用いて、0次元から3次元までの任意の形状の特異構造を結晶中に導入する技術を開発することである。従来手法ではシャッターなどの機械的部品を用いて原料供給を制御していたため１原子層程度（１秒相当）の制御しかできなかったが、本計画研究代表者グループにおいて開発されたパルス励起堆積法を用いれば、高い励起（非平衡）状態にある原料の供給を電気的パルスによって1000万分の1原子層（100ナノ秒相当）の精度で制御できる。本研究では、このパルス励起堆積法を用いた非平衡状態の時間ドメイン制御と、自己組織化ボトムアップおよびトップダウンリソグラフィといった技術と組み合わせることで、特異構造形成技術を開発する。
令和2年度は、非平衡状態の時間ドメイン制御をもとに形成した特異構造窒化物結晶の機能を発現した素子開発を実施した。極めて高濃度に不純物を導入した特異構造であるGaNトンネル接合を利用して、InGaN多色LEDのモノリシック集積化技術開発を行った。パルス励起堆積法によりトンネル接合を介して青色LEDと緑色LEDを直列に積層したエピタキシャル構造を形成し、トップダウンリソグラフィ技術を用いてマイクロLED素子配列を行ったところ、青色および緑色マイクロLED素子の独立駆動を実現した。これらの成果は、高精細マイクロLEDディスプレイ技術への応用が期待できる。
このように本研究では、窒化物半導体薄膜内への高濃度特異点導入を可能とするプラズマ変調技術から、特異構造窒化物結晶の機能が発現した素子応用まで一貫した開発を行い、産業応用上価値の高い成果を得たといえる。
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