2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of High-Throughput Micro-LED Fabrication Process Utilizing Crystallographic Orientation Modulated Templates
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19K22145
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
片山 竜二 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40343115)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上向井 正裕 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80362672)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | μLED / 結晶面方位 / MOVPE / パルススパッタ / パルスレーザ堆積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、一画素分のLEDチップを一つずつ並べて実装するという現状の極めて高価なマイクロ（μ）LEDパネルの製造コストを劇的に低減する結晶工学的技術の開発を目的とした。表面活性化ウエハ接合技術を用い、三種の異なる結晶面方位・面積の微小ドメインを周期的に並べた結晶面方位変調GaNテンプレートを作製し、この上にInGaN量子井戸発光層を成長する。その際、結晶中へのIn原子の取り込み効率や分極電界が成長面方位により顕著に異なるという性状を利用することで、赤緑青三色のμLEDの集合体の高スループットプロセスを実現できる。本研究で得られる、結晶面方位の異なる薄膜の積層技術とこれを用いて作製する結晶面方位変調テンプレートは、現状のエピタキシャル成長技術では実現し得ない新規構造のデバイス実現への道を拓く、結晶工学分野における革新的なツールとなる。つまり、本研究で提案する技術開発は、窒化物半導体材料やμLEDのみならず、縦型パワートランジスタ、垂直共振器型レーザなど、全ての集積型デバイス・システム開発の突破口となりうるため、これを挑戦的研究として遂行することは大きな意義がある。
まずGaN薄膜の表面活性化接合条件の最適化などの前年度得られた成果をもとに、同一基板上に異なる発光色を有するInGaN 量子井戸の作製を目指した。まず面方位の異なるGaN薄膜をGaN基板に表面活性化接合後、薄膜側の基板を除去し二種の面方位のGaNが積層した構造を作製した。次に部分的に掘り込み面内に二種の面方位のGaNが露出したテンプレートを形成し、その上にInGaN量子井戸を成長させたところ、面方位により発光波長を制御できることを明らかとした。これはIn取り込み効率の面方位依存性を利用したフルカラーLEDの作製法の原理実証にあたることから、このデバイス応用に向けたコア技術を開発できたと考えられる。
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