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波長250nm-350nm帯の紫外高効率発光ダイオード(LED)は、半導体白色照明、浄水・殺菌、医療分野、生物分野等、幅広い分野での応用が期待されている。しかし、波長が360nmより短い紫外領域においては、高輝度紫外発光材料の欠如、ワイドバンドギャップp-型半導体の欠如、ならびに高品質AlN(窒化アルミニウム)基板の欠如等のため、未だ高効率LEDは実現していない。本研究は、波長250-350nmの紫外高効率LEDを実現することを目的とする。我々はワイドバンドギャップAlGaN(窒化アルミニウムガリウム)にInを加えると、In組成変調効果により紫外高効率発光が可能になることをすでに明らかにしている。本研究では、発光層にInAlGaN4元混晶を用い、さらに、AlNベースバッファーの高品質化と高濃度P型化を実現することにより、250-350nm帯高効率紫外LEDを実現する。
本年度は、高濃度p型化とAlGaNバッファ層の高品質化を行うことにより、InAlGaN紫外LEDの高出力化を行った。まず、AlGaNバッファの高品質化を行い、AlGaNバッファー層のX線回折半値幅が紫外LEDの出力に大きく影響することを明らかにした。002方向X線回折半値幅を従来の1500arcsecから700arcsec程度まで低減することにより、約5倍の出力向上を達成した。また、これまで用いていたp-AlGaN層に代わりp-InAlGaN層を用いることにより、紫外LEDの高出力化に成功した。これらの効果を用いることにより、波長342nmにおいて8.5mWの高出力を得た。電極面積あたりの紫外パワー密度としては6.8W/cm^<-2>が得られ波長350nmより短波の紫外領域におけるトップデータを記録した。
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