ワットクラス超高出力紫外レーザダイオードの実現

2010 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 天野 浩 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60202694)
• キーワード: 紫外LED / 紫外LD / 内部量子効率 / 低転位 / AlGaN

研究概要

本研究開始当初、深紫外LEDの外部量子効率(EQE)は1%に満たなかったか、現在ではピーク波長250nmにおいて5%を超えるLEDが実現されている。有機金属化合物気相成長法において、AlNおよび高Al組成AlGaNの成長に適した高温での成長技術が確立し、発光層内部量子効率(IQE)が格段に高まったこと、及び高Al組成AlGaNの物性理解が深まり、特にキャリアへの活性層への注入に適した素子設計が適用されたことなどが主な理由である。しかし、青色LEDの最高効率であるEQE84%と比較すると、いまだ10分の1に満たない。勿論、アクセプタの活性化エネルギー増加によるp型層正孔濃度の急激な減少等、本質的に困難な点はあるものの、いまだに極限効率とは程遠く、今後も引き続き研究を継続する必要がある。
最終である本年度は
(1)IQE向上のためのAlN基板の近接昇華法成長において、成長中のSiC種結晶昇華によるクラック抑制及び成長速度>500μm/hを達成した。
(2)AlNテンプレート上AlGaNにおける貫通転位の挙動をTEM観察し、従来報告例の無かった緩和過程を明らかにした。
(3)紫外・深紫外LEDにおける貫通転位密度とIQEの関係の把握し、波長230-350nmのMQWにおいて、IQEが貫通転位密度のみに依存することを世界で初めて見出した。
(4)紫外LDにおける注入効率の導出法を考案し、酸素アニールによるMgの高活性化を検証した。
(5)レーザリフトオフ(LLO)による高光取り出し効率LED製造プロセスを確立し、薄膜紫外LEDを実現させた。

研究成果

• [雑誌論文] Internal quantum efficiency and internal loss of ultraviolet laser diodes on the low dislocation density AlGaN underlying layer (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Takeda, K.Nagata, T.Ichikawa, K.Nonaka, Y.Ogiso, Y.Oshimura, M.Iwaya, T.Takeuchi, S.Kamiyama, I.Akasaki, H.Amano, H.Yoshida, M.Kuwabara, Y.Yamashita, H.Kan
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 8 ページ: 464-466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Freestanding Highly Crystalline Single Crystal AlN Substrates Grown by a Novel Closed Sublimation Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayasu Yamakawa, Kazuki Murata, Motoaki Iwaya, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Masanobu Azuma
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 ページ: #045503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Internal Quantum Efficiency of Whole-Composition-Range AlGaN Multiquantum Wells (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Ban, Jun-ichi Yamamoto, Kenichiro Takeda, Kimiyasu Ide, Motoaki Iwaya, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 ページ: #052101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain Relaxation Mechanisms in AlGaN Epitaxy on AlN Templates (2010)
  • 著者名/発表者名: Z.Wu, K.Nonaka, Y.Kawai, T.Asai, F.A.Ponce, C.Chen, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 3 ページ: #111003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compensation effect of Mg-doped a- and c-plane GaN films grown by metalorganic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Iida, K.Tamura, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 312 ページ: 3131-3135
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-output-power AlGaN/GaN ultraviolet-light-emitting diodes by activation of Mg-doped p-type AlGaN in oxygen ambient (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nagata, T.Ichikawa, K.Takeda, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: physica status solidi (a) 巻: 207 ページ: 1393-1396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defects in highly Mg-doped AlN (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nonaka, T.Asai, K.Nagamatsu, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: physica status solidi (a) 巻: 207 ページ: 1299-1301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of low-dislocation-density AlGaN using Mg-doped AlN underlying layer (2010)
  • 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
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 7 ページ: 2101-2103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Internal quantum efficiency of GaN/AlGaN-based multi quantum wells on different dislocation densities underlying layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Takeda, F.Mori, Y.Ogiso, T.Ichikawa, K.Nonaka, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 7 ページ: 1916-1918
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Efficiency of 255-280 nm AlGaN-Based Light-Emitting Diodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Cyril Pernot, Myunghee Kim, Shinya Fukahori, Tetsuhiko Inazu, Takehiko Fujita, Yosuke Nagasawa, Akira Hirano, Masamichi Ippommatsu, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 3 ページ: #061004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic layer epitaxy of AlGaN (2010)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Nagamatsu, Daisuke Iida, Kenichiro Takeda, Kensuke Nagata, Toshiaki Asai, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: 7 ページ: 2368-2370
  • 査読あり
• [学会発表] 紫外発光素子用反射電極の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹原孝祐、竹田健一郎、永田賢吾、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、天野浩
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (予稿集)
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] AlGaN UV-LEDの光取り出し効率の改善 (2011)
  • 著者名/発表者名: 稲津哲彦、深堀真也、シリルペルノ、金明姫、藤田武彦、長澤陽祐、平野光、一本松正道、岩谷素顕、天野浩、竹内哲也、上山智、赤崎勇
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (予稿集)
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] レーザリフトオフ法による薄膜紫外LED (2011)
  • 著者名/発表者名: 青島宏樹、竹田健一郎、永田賢吾、竹原孝祐、伊藤駿、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、天野浩
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (予稿集)
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] 350nm帯紫外LED及びLD構造の注入効率向上 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹田健一郎、永田賢吾、竹原孝祐、青島宏樹、野中健太朗、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、天野浩
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (予稿集)
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] AlGaN量子井戸構造の光学的特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本準一、伴和仁、竹田健一郎、井手公康、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、天野浩
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (予稿集)
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] β-Ga_2O_3(100)基板上GaN及びAlGaNの成長 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤駿、竹田健一郎、永田賢吾、青島宏樹、竹原孝祐、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、天野浩
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: (予稿集)
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] 昇華法による単結晶AlNの高速成長 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山川雅康, 村田一喜, 岩谷素顕, 上山智, 竹内哲也, 赤崎勇, 天野浩, 東正信
  • 学会等名: 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター講演会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20101104-20101105
• [学会発表] MgドープAlN下地層を用いた低転位AlGaNの転位挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野中健太朗, 浅井俊晶, 伴和仁, 山本準一, 岩谷素顕, 竹内哲也, 上山智, 赤崎勇, 天野浩, Z.H.Wu
  • 学会等名: 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター講演会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20101104-20101105
• [学会発表] Transparent Electrode for UV Light-Emitting-Diodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takehara, Kenichiro Takeda, Kengo Nagata, Hisashi Sakurai, Shun Ito, Motoaki Iwaya, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano
  • 学会等名: International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
  • 発表場所: Tampa, Florida USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Injection Efficiency in AlGaN-based UV Laser Diode (2010)
  • 著者名/発表者名: Kengo Nagata, Kenichiro Takeda, Yoshinori Oshimura, Kosuke Takehara, Hiroki Aoshima, Shun Ito, Motoaki Iwaya, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Harumasa Yoshida, Masakazu Kuwabara, Yoji Yamashita, Hirofumi Kan
  • 学会等名: International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
  • 発表場所: Tampa, Florida USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Development of High Efficiency 255-350 nm AlGaN-Based Light-Emitting Diodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Cyril Pernot, Myunghee Kim, Shinya Fukahori, Tetsuhiko Inazu, Takehiko Fujita, Yosuke Nagasawa, Akira Hirano, Masamichi Ippommatsu, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano
  • 学会等名: International Workshop on Nitride semiconductors (IWN 2010)
  • 発表場所: Tampa, Florida USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] 酸化ジルコニウムを用いたサファイア基板上LEDの作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田村健太, 飯田大輔, 山口修司, 近藤俊行, 岩谷素顕, 竹内哲也, 上山智, 赤崎勇, 天野浩
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] 紫外発光素子用透明電極の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 深堀真也, シリルペルノ, 金明姫, 藤田武彦, 稲津哲彦, 長澤陽祐, 平野光, 一本松正道, 岩谷素顕, 上山智, 赤崎勇, 天野浩
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] ELO AlGaN下地層上に作製した紫外レーザダイオードの特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 竹田健一郎, 永田賢吾, 竹原孝祐, 青島宏樹, 伊藤駿, 押村吉徳, 岩谷素顕, 竹内哲也, 上山智, 天野浩, 赤崎勇, 吉田治正, 桑原正和, 山下陽滋, 菅博文
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] Atomic Layer Epitaxy of AlN and AlGaN and Raised Pressure MOVPE for the Growth of High In-content GaInN (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Amano, Masahito Yamaguchi, Yoshio Honda, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki
  • 学会等名: The 16th International Conference on Crystal Growth(ICCG-16)
  • 発表場所: Beijing, China(招待講演)
  • 年月日: 20100808-20100813
• [学会発表] Transmission-electron-microscope characterization of AlGaN/GaN heterostructure on miscut GaN substrate grown by Na flux method (2010)
  • 著者名/発表者名: Tatsuyuki Sakakibara, Yasuhiro Isobe, Daisuke Iida, Motoaki Iwaya, Tetsuya Takeuchi, Satoshi Kamiyama, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Mamoru Imada, Yasuo Kitaoka, Yusuke Mori
  • 学会等名: The 16th International Conference on Crystal Growth(ICCG-16)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20100808-20100813
• [学会発表] Microstructure of Thick AlGaN Epilayers Using Mg-doped AlN Underlying Layer (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nonaka, T.Asai, K.Ban, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki, Z.H.Wu
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 20100705-20100707
• [学会発表] Reduction in threshold current density of UV laser diode (2010)
  • 著者名/発表者名: Kengo Nagata, Kentaro Nonaka, Tomoki Ichikawa, Kenichiro Takeda, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki, Harumasa Yoshida, Masakazu Kuwabara, Yoji Yamashita, Hirofumi Kan
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 20100705-20100707
• [学会発表] Optical waveguide layers in UV laser diodes on the low dislocation density AlGaN underlying layer (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Takeda, Tomoki Ichikawa, Kengo Nagata, Daisuke Sawato, Yuji Ogiso, Yoshinori Oshimura, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano, Isamu Akasaki, Harumasa Yoshida, Masakazu Kuwabara, Yoji Yamashita, Hirofumi Kan
  • 学会等名: The 37th International Conference of Compound Semiconductors
  • 発表場所: Takamatsu, Japan
  • 年月日: 20100531-20100604
• [学会発表] Strain relaxation of AlGaN grown on AlN templates by misfit dislocation generation (2010)
  • 著者名/発表者名: Z.H.Wu, K.Nonaka, Y.Kawai, T.Asai, F.A.Ponce, C.Q.Chen, M.Iwaya, S.Kamiyama, H.Amano, I.Akasaki
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Semiconductor Light Emitting Devices (ISSLED2010)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20100516-20100521
• [学会発表] MgドープAlN下地層を用いた高品質厚膜AlGaNの微細構造観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野中健太朗、浅井俊晶、伴和仁、岩谷素顕、上山智、天野浩、赤崎勇、Zhihao Wu
  • 学会等名: 第2回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 三重大学
  • 年月日: 20100514-20100515
• [学会発表] UVレーザダイオードの閾値電流密度の低減 (2010)
  • 著者名/発表者名: 永田賢吾、野中健太朗、市川友紀、竹田健一郎、岩谷素顕、上山智、天野浩、赤崎勇、吉田治正、桑原正和、山下陽滋、菅博文
  • 学会等名: 第2回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 三重大学
  • 年月日: 20100514-20100515
• [学会発表] 高組成AlGaN量子井戸構造の光学的特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 伴和仁、竹田健一郎、山本準一、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤崎勇、天野浩
  • 学会等名: 応用物理学会結晶工学分科会主催2010年・年末講演会
  • 発表場所: 学習院創立百周年記念会館
  • 年月日: 2010-12-17