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本研究の目的である高品質の無偏光a-plane GaNを用いた高効率の緑色LED製作のために、無偏光a-plane GaNの欠陥密度を低減するためEPISS(epitaxy on patterned insulator on sapphire substrate)技術とnano-scaleのSiO2マスクを活用した技術を研究しました。この技術は、高品質のLEDを製作するためによく使用されるELOG(epitaxial lateral overgrowth)技術を補完するものです。一般的なELOG技術は、LED構造を成長する中間に機器を停止させた後、SiO2マスクを試料表面に作製した後、再び成長を開始する複雑な過程で経時間とコストの浪費を招いています。しかし、本研究でのSiO2マスク製作技術は、LED成長前の基板に直接製作をした後、成長条件を最適化してELOG技術と同じ高品質のa-planeGaNを成長しました。また、一般的なELOGに適用されるmicro-scaleだけでなく、nano-scaleのマスクも一緒により迅速に薄膜に欠陥がないa-plane GaNを成長する研究を進めています。
様々な形、サイズのマスクを製作して研究を進めた結果、最適化されたマスクの形状とサイズで成長されたa-plane GaNの品質が2倍以上向上して光学特性も向上し、表面の粗さが大幅に向上することを確認しました。また、GaとNの成長速度の差で発生するa-plane GaNの異方性特性がSiO2マスクの最適化により解決することを確認しました。Nano-scaleのマスク研究を介して高速薄膜成長に既存のELOGより薄膜の膜厚制御が容易で、薄膜に発生することができるGaNの割れ現象を調節することができました。
本研究で達成された高品質のa-plane GaNは最終目的である無偏光の高効率のLEDを作製するための基盤を確保しました。
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