研究課題
基盤研究(A)
波長250nm-350nm帯の紫外高輝度発光ダイオード(LED)、半導体レーザ(LD)は、半導体白色光源、高密度光ディスク、殺菌等の医療、化学工業、公害物質の高速分解処理等、さまざまな分野での応用が大変期待されている。しかし、波長360nm以下の高効率LED・LLは、高輝度紫外発光材料の欠如、ならびにワイドバンドギャップP-型窒化物の欠如のため、未だ実現していない。本研究は波長300-360nmの紫外領域の高輝度発光ダイオードを実現することを目的とする。そのため、ワイドバンドギャップAlGaNにInを加え、4元混晶内でのIn組成変調効果を用いることにより、300nm帯紫外常温高効率発光、および、高濃度P型ドーピングを実現し、それらの技術を用いて300-350nm帯高効率LEDを実現する。本研究では、まず、InAlGaN4元混晶の高品質結晶作製および量子井戸構造最適化を行い、波長280-380nmの広い紫外波長域において内部量子効率10%以上の室温高効率発光を実現した。特に、波長330nm帯では、青色発光と同様の内部量子効率50%以上を達成し、紫外LED、LDへの応用の重要性を実証した。InAlGaNを発光層に用いた波長308-312nm(国内最短波長)の紫外LEDを作製し、室温においてサブミリワットの高輝度発光を得た。さらに、貫通転位の少ない高品質GaN基板上にInAlGaN量子井戸LEDを作製し、波長352m、室温CW出力7.4mWの高出力紫外LEDを実現した。このLEDからは、350nm帯表面出射型LEDとしては最高の外部量子効率1.1%が得られた。これらの結果から、InAlGaN4元混晶が発光層としてAlGaNよりも優れている事が実証され、今後、高効率紫外LED、LDの発光層として大変重要である事を明らかにした。
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