InAlGaN4元混晶を用いた紫外域高輝度発光ダイオードの開発研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205006
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 平山 秀樹 独立行政法人理化学研究所, 極微デバイス工学研究室, 先任研究員 (70270593)
• Keywords: InAlGaN4元混晶 / 紫外LED / 紫外半導体レーザ / ワイドバンドギャップ / 交互供給成長法 / GaN基板 / 貫通転移密度 / 内部量子効率

Research Abstract

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以下の高輝度LIED・LD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帯後期度LEDを実現する。
平成15年度は、InAlGaN4元混晶を用いたLEDの高効率化を追及した。InAlGaN4元混晶はフォトルミネッセンス発光では高輝度発光が得られるが、LED構造とし電流注入を行うと、貫通転位の影響によるリーク電流のため、発光強度が低下する。そこで、貫通転位密度が少ないGaN基板上にLEDを作成し、高効率化を図った。GaN基板上LEDにおいて、コンタクト吸収層の除去、電子ブロック層の挿入、InAlGaN発光層の高温成長、GaN基板上バッファー構造の最適化等の構造改善を行うことにより、高出力紫外LEDを実現した。紫外出力は、室温CW動作において6.3mW(358nmLED)、および3.2mW(351nmLED)が得られた。

Research Products

• [Publications] 平山秀樹, 秋田勝史他: "InAlGaN4元混晶を用いた紫外LEDの短波長化と高効率化"電子情報通信学会技報. LQE2003-52. 13-18 (2003)
• [Publications] 平山秀樹, 青柳克信他: "InAlGaN4元混晶を用いた紫外LEDの短波長化と高効率化"レーザー研究. Vol.31, No.6(in press). (2004)
• [Publications] H.Hirayama: "Quaternary InAlGaN based UV-LED with high-Al-content p-type AlGaN"SPIE Confrence Proceedings. (in press). (2004)