ワットクラス超高出力紫外レーザダイオードの実現

2009 年度 実績報告書

• 研究領域: 窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-
• 研究課題/領域番号: 18069011
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 天野 浩 名城大学, 理工学部, 教授 (60202694)
• キーワード: 紫外半導体レーザ / AlN / GaN / AlGaN / 紫外発光ダイオード / デバイスシミュレータ / 発光効率 / 低転位化

研究概要

本研究では、ワットクラス紫外レーザダイオード実現に向けて、その基幹技術確立を目指している。4年目となる平成21年度は、(1)励起強度変化フォトルミネッセンス(PL)法を用いたAlGaN系紫外発光素子内部量子効率(IQE)の評価、(2)酸素中の熱処理によるMgドープp型AlGaNの高正孔濃度化、及び(3)n型AIGaNへの低接触抵抗コンタクト実現のための高温熱処理及び紫外レーザダイオード(LD)への適用の3項目について検討した。
(1)に関しては、貫通転位密度(TDD)の異なる従来のフラットAlGaNテンプレート上、横方向成長AlGaN上、およびファセット制御成長AlGaN上の三つのAlGaN/GaN多重量子井戸構造サンプルについて、それぞれのIQEを励起強度変化PL測定により評価し、TDDの減少によりIQEが向上することを確認し、室温10^18cm^-3程度の励起密度で最大40%のIQEを確認した。また、IQEが励起密度に強く依存することも検証した。
(2)に関しては、高温酸素アニールにより、より高い正孔濃度p型AlGaNを実現し、紫外発光ダイオードの光出力が、同一電流密度の比較により、最大4倍程度まで向上することを確認した。一方で表面酸化により動作電圧が上昇するという負の側面も明らかとなった。量子効率は3倍程度であるが、パワー効率は1.7倍程度にとどまった。
(3)に関しては、従来のLD製造プロセスを変更して、特にn型コンタクトの高温熱処理を可能とし、n型AlGaNへの低接触抵抗コンタクトが実現できた。更に紫外LD作製に適用し、動作電圧はもちろんのこと、閾値電流密度の低減にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Activation energy of Mg in a-plane Ga_<1-x>In_xN(0<x<0.17) (2009)
  • 著者名/発表者名: Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • 雑誌名: Physica Status Solidi B 246 ページ: 1188-1190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical properties and deep traps spectra in undoped and Si-doped m-plane GaN films (2009)
  • 著者名/発表者名: Polyakov, A.Y., Smirnov, N.B., Govorkov, A.V., Markov, A.V., Yugova, T.G., Petrova, E.A., Amano, H., Kawashima, T., Scherbatchev, K.D., Bublik, V.T.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 105 ページ: 063708/1-063708/9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical properties and deep traps spectra in undoped M-plane GaN films prepared by standard MOCVD and by selective lateral overgrowth (2009)
  • 著者名/発表者名: Polyakov, A.Y., Smirnov, N.B., Govorkov, A.V., Markov, A.V., Yakimov, E.B., Vergeles, P.S., Amano, H., Kawashima, T.
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 2923-2925
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for Two Mg Related Acceptors in GaN (2009)
  • 著者名/発表者名: Monemar, B., Paskov, P.P., Pozina, G., Hemmingsson, C., Bergman, J.P., Kawashima, T., Amano, H., Akasaki, I., Paskova, T., Figge, S., et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 102 ページ: 235501/1-235501/4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and theoretical investigations of optical properties of GaN/AlGaN MQW nanostructures.Impact of built-in polarization fields (2009)
  • 著者名/発表者名: Esmaeili, M., Gholami, M., Haratizadeh, H., Monemar, B., Holtz, P.O., Kamiyama, S., Amano, H., Akasaki, I.
  • 雑誌名: Opto-Electronics Review 17 ページ: 293-299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of thick GaInN on grooved(1011)GaN/(1012)4H-SiC (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsubara, Tetsuya, Senda, Ryota, Iids, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 2926-2928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Misfit strain relaxation by stacking fault generation in InGaN quantum wells grown on m-plane GaN (2009)
  • 著者名/発表者名: Fischer, Alec M., Wu, Zhihao, Sun, Kewei, Wei, Qiyuan, Huang, Yu, Senda, Ryota, Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Amano, Hiroshi, Ponce, Fernando A.
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2 ページ: 041002/1-041002/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel UV devices on high-quality AlGaN using grooved underlying layer (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki, Hirotoshi, Mori, Fumiaki, Takeda, Kenichiro, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu, Yoshida, Harumasa, Kuwabara, Masakazu, Yamashita, Yoji, et al.
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 2860-2863
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-sidewall-seeded epitaxial lateral overgrowth of a-plane GaN by metalorganic vapor-phase epitaxy (2009)
  • 著者名/発表者名: Iids, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 2887-2890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relaxation and recovery processes of Al_xGa_<1-x>N grown on AlN underlying layer (2009)
  • 著者名/発表者名: Asai, Toshiaki, Nagata, Kensuke, Mori, Toshiaki, Nagamatsu, Kentaro, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 2850-2852
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong emission from GaInN/GaN multiple quantum wells on high-crys talline-quality thick m-plane GaInN underlying layer on grooved GaN (2009)
  • 著者名/発表者名: Senda, Ryota, Matsubara, Tetsuya, Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2 ページ: 061004/1-061004/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation energy of Mg in Al_<0.25>Ga_<0.75>N and Al_<0.5>Ga_<0.5>N (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nagamatsu, K.Takeda, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Phys.Status Solidi C 6 ページ: 437-439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of p-type conduction in a-plane Ga_<1-x>In_xN(0<x<0.10)grown on r-plane sapphire substrate by metalorganic vapor-phase epitaxy (2008)
  • 著者名/発表者名: Iida, Daisuke, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 310 ページ: 4996-4998
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-performance UV emitter grown on high-crystalline-quality AlGaN underlying layer (2006)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki, Hirotoshi, Mori, Fumiaki, Takeda, Kenichiro, Ichikawa, Tomoki, Iwaya, Motoaki, Kamiyama, Satoshi, Amano, Hiroshi, Akasaki, Isamu, Yoshida, Harumasa, Kuwabara, Masakazu, et al.
  • 雑誌名: Physics Status Solidi A 206 ページ: 1199-1204
  • 査読あり
• [学会発表] High Output Power AlGaN/GaN Ultraviolet Light Emitting Diodes by Activation of Mg-Doped P-Type AlGaN in Oxygen Ambient (2009)
  • 著者名/発表者名: Kengo Nagata, Tomoki Ichikawa, Kenichiro Takeda, Kentaro Nagamatsu, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki
  • 学会等名: ICNS 8
  • 発表場所: 済州島、韓国
  • 年月日: 20091000
• [学会発表] Defects in Highly Mg-Doped AlN (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nonaka, T.Asai, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 学会等名: The 8th International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: 済州島、韓国
  • 年月日: 20091000
• [学会発表] Growth of Low-Dislocation-Density AlGaN using Mg-Doped AlN Underlying Layer (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Asai, K.Nonaka, K.Ban, K.Nagata, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 学会等名: 8th International Conference on Nitride Semiconductors(ICNS-8)
  • 発表場所: 済州島、韓国
  • 年月日: 20091000
• [学会発表] Internal Quantum Efficiency of GaN/AlGaN Multi Quantum Wells on Different Dislocation Density Underlying Layer (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Takeda, Fumiaki Mori, Yuji Ogiso, Tomoki Ichikawa, Kentaro Nonaka, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki
  • 学会等名: ICNS 8
  • 発表場所: 済州島、韓国
  • 年月日: 20091000
• [学会発表] 酸素雰囲気中でのp型AlGaNの活性化による高出力AlGaN/GaN紫外LED (2009)
  • 著者名/発表者名: 永田賢吾, 竹田健一郎, 市川友紀, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • 学会等名: 応用物理学会第70回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Mg-doped AIN下地層を用いた低転位AlGaNの微細構造観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 野中健太朗, 浅井俊晶, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] 非極性a面p-GaNのMg濃度の最適化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田村健太、飯田大輔、岩谷素顕、上山智、天野浩、赤崎勇
  • 学会等名: 第70回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Mg-doped AIN下地層によるAlGaNの低転位化の機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 浅井俊晶, 野中健太朗, 伴和仁, 永田賢昌, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Mg-doped AIN下地層を用いたAlGaN成長 (2009)
  • 著者名/発表者名: 浅井俊晶, 野中健太郎, 伴和仁, 永田賢昌, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇, SAT-2, pp.85, (2009-5)
  • 学会等名: 日本結晶成長学会ナノエピ分科会第1回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • 年月日: 20090500
• [学会発表] 斜めファセット面を用いたAlGaNの全面低転位化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 竹田健一郎, 森史明, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇, 日本結晶成長学会ナノエピ分科会予稿集, SAT-18, (2009-5)
  • 学会等名: 第1回窒化物半導体結晶成長講演会「窒化物半導体結晶成長の未来を展望する」
  • 発表場所: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • 年月日: 20090500
• [学会発表] 活性化アニールによるp型Al_<0.17>Ga_<0.83>Nの正孔濃度と接触比抵抗の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 永田賢吾, 竹田健一郎, 永松謙太郎, 都築宏俊, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • 学会等名: 応用物理学会第56回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20090300
• [学会発表] 窒化物半導体応用の波長範囲の拡大, -赤外から紫外まで- (2009)
  • 著者名/発表者名: 天野浩
  • 学会等名: 赤崎先生京都賞受賞記念ワークショップ
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] Past, present and future prospects of group III nitride based light emitting devices (2009)
  • 著者名/発表者名: 天野浩
  • 学会等名: 2nd International Conference on Microelectronics and Plasma Technology(ICMAP 2009)
  • 発表場所: BEXCO Convention Center, Busan, Korea
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 9-a-X-2高品質GaN基板への期待 (2009)
  • 著者名/発表者名: 天野浩
  • 学会等名: 日本学術振興会第161委員会企画「GaN基板ウエハ実現の鍵を握る結晶育成・加工技術～その現状と課題、及び将来展望～」
  • 発表場所: 黒田講堂ホール、富山
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Revolutions in Solid State Lighting Technology (2009)
  • 著者名/発表者名: 天野浩
  • 学会等名: International Workshop on EEWS
  • 発表場所: Daejeon Convention Center, Korea
  • 年月日: 2009-09-02
• [学会発表] Growth and Conductivity Control of High-Quality GaInN for the Realization of High Efficiency Photovoltaic Devices (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Amano, Y.Kuwahara, Y.Fujiyama, Y.Morita, D.Iida, M.Iwaya, S.Kamiyama, I.Akasaki
  • 学会等名: POEM2009
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 2009-08-09
• [学会発表] 世界を変えるGaN発光デバイス～低炭素社会実現の救世主となるために～ (2009)
  • 著者名/発表者名: 天野浩, 7月24日(金)
  • 学会等名: 【大阪大学光科学センター】光科学フォーラムサミット
  • 発表場所: 千里阪急ホテルクリスタルホール
  • 年月日: 2009-07-24
• [学会発表] Growth and conductivity control of high quality AlGaN and its application to high performance ultraviolet laser diodes (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Amano, S.A.Inada, K.Nagamatsu, K.Takeda, T.Asai, K.Nagata, K.Nonaka, T.Mori, H.Tsuzuki, M.Iwaya, S.Kamiyama, I.Akasaki
  • 学会等名: SIMC-XV
  • 発表場所: Vilnius, Lithuania
  • 年月日: 2009-06-16
• [学会発表] 持続可能な社会システム構築のための窒化物半導体の役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 天野浩
  • 学会等名: 第1回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • 年月日: 2009-05-15
• [学会発表] p-AlGaNの活性化アニール特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 永田賢吾, 竹田健一郎, 市川友紀, 永松謙太郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • 学会等名: 日本結晶成長学会ナノエピ分科会 第1回窒化物半導体結晶成長講演会「窒化物半導体結晶成長の未来を展望する」
  • 発表場所: 東京農工大小金井キャンパス1号館1階ホール
  • 年月日: 2009-05-15
• [学会発表] AlGaN中のMgの活性化エネルギー(II) (2009)
  • 著者名/発表者名: 永松謙太郎, 浅井俊晶, 竹田健一郎, 岩谷素顕, 上山智, 天野浩, 赤崎勇
  • 学会等名: 春季 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-04-01
• [学会発表] Challenge for short wavelength semiconductor UV laser diodes (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Amano, H.Tsuzuki, T.Mori, K.Takeda, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, I.Akasaki
  • 学会等名: Proceedings of SPIE Volume 7216
  • 発表場所: San Jose Convention Center, USA
  • 年月日: 2009-01-28