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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AIN(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。本研究では、発光層に高効率紫外発光可能なInAlGaN4元混晶を用い、さらにAlN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の実現を目指している。
本年度は、InAlGaN4元混晶およびAlGaNを用いた紫外LEDの短波長化と高出力化を行った。「アンモニアパルス供給多層成長方」を用いたサファイア上高品質AIN結晶テンプレートの作製をさらに進め、低転位化と大面積均一化を行った。高品質テンプレート上にAlGaN量子井戸LEDを作製し高出力化を行った。その結果、波長234nm、241nm、256nm及び264nmにおいてそれぞれ室温CW出力0.4mW、1.1mmW、4mW、11.6mWを達成しいずれもその波長における最高出力を実現した。また高Al組成InAlGaN量子井戸の高品質化に成功し280nm帯高効率LEDを実現した。30nm/hという低速成長レートを用いることにより、高Al組成InAlGaNの高品質結晶成長に始めて成功した。またInAlGaNにSiをライトドープすることにより量子井戸の原子層レベル平坦性と酸素不純物濃度の低減を実現し、それによって推定80%程度の高い内部量子効率発光を実現した。InAlGaN発光層、InAlGaN4元n型およびp型層を用いたLEDを作製し、波長282nmにおいて室温CW出力10.6mW、室温EQE 1.2%を得た。
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