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高い空間指向性を持つ発光ダイオード(LED)は様々な応用分野において強く求められている。我々は微小リッジ構造におけるエバネッセント光の結合現象の研究において、発光領域をリッジ構造の中心に局在させることによって、自然放出光はリッジに直交する面内において高い指向性を持って放出される現象を見出した。本研究の目的は、上記現象を利用し、高い空間指向性を持ち、しかもその指向性は目的や応用に応じてある程度自由に設計できる革新的高効率・高指向性LEDを開発することである。
平成26年度では、InGaAs/GaAs量子井戸を発光層に用いたGaAsリッジ型電流注入デバイスの作製を行い、電流注入の条件において指向性を発現させることに世界で初めて成功した。具体的に、まず埋め込み再成長法により幅100nm程度のストライプ状のInGaAs量子井戸を活性領域としたLED構造をn型GaAs基板上に成長した。次に上記試料表面上にフィンガー状のp型電極をリフトオフ法により形成した。次に、p型電極の間に露出されている試料表面上に、ストライプ状の量子井戸が上部平坦面の中心に位置するようにGaAsリッジを形成した。上記デバイスの放射パターンを測定したところ、発光は、リッジ軸に直交する面内においてリッジの上部平坦面の法線方向に強く指向して（指向角約43度）放射されているのが分かった。また、指向性の安定性を評価するため、測定温度を80Kから180Kまで変化させた。温度上昇に伴い発光波長は約21nmシフトしたが、指向性の変化は全く見られなかった。これの結果は、エバネッセント光の結合による指向性はデバイスの動作温度や注入電流の変化による影響をほとんど受けることなく安定的に得られることを示している。
一方、AlGaInP微小円錐台型デバイスについて、埋め込み再成長後の表面が荒れる問題の発生により、指向性の観測に至っていない。
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