点欠陥制御による非輻射再結合中心の抑制と低抵抗p型AlGaNの実現

深紫外LEDは従来の深紫外光源である水銀ランプ等を置き換えることが期待される。また、波長230 nm以下のfar-UVC光は殺ウイルス作用があるが人体には無害ということが近年知られてきた。一方、AlGaN系深紫外LEDの効率は短波長になるにつれ低下し、波長230 nmでは外部量子効率は1%にも達していない。そこで本研究では、これら波長域での高効率な深紫外LEDの高効率化を目的としている。その方法として、半極性r面の利用が考えられる。これまでr面AlGaNにおいて、低ピット密度の平坦な表面を得るには高圧成長を行うことが必要だった。一方、高圧成長では原料ガスが基板に到達するまえに消費され、原料利用効率が悪化するという産業上見過ごせない課題を有している。そこで、産業応用を見据えて低圧(~38 Torr)下において、有機金属気相成長法にて成長条件の精査を行った。その結果、低圧下であっても、N元素源であるアンモニア流量を調節することで低ピット密度かつ表面平坦粗さのRMS値が1 nmを切る平坦なr面AlGaNが得られた。また、フォトルミネッセンス(PL)測定より、現在利用されている面であるc面上のAlGaN/AlN量子井戸と半極性r面上のそれの弱励起条件下における内部量子効率が、波長~225 nmにおいてc面上は1.6 %であるのに対し、r面上は5.4 %と3.5倍に向上することが分かった。時間分解PLも組み合わせると、その理由は輻射再結合確率がr面ではおよそ2倍に向上すること、非輻射再結合中心の密度がr面では低減されているためだと分かった。また、半極性面では成長方向の分極が小さいため、分極ドーピングによってp型層を得ることは不可能だと考えられていたが、r面のようにc面からのなす角度がほどほどの角度であれば半極性面であっても分極ドーピングが可能であることを理論的に示した。

深紫外LEDは従来の深紫外光源である水銀ランプ等を置き換えることが期待される。また、波長230 nm以下のfar-UVC光は殺ウイルス作用があるが人体には無害ということが近年知られてきた。一方、AlGaN系深紫外LEDの効率は短波長になるにつれ低下し、波長230 nmでは外部量子効率は1%にも達していない。そこで本研究では、これら波長域での高効率な深紫外LEDの高効率化を目的としている。その方法として、半極性r面の利用が考えられる。これまでr面AlGaNにおいて、低ピット密度の平坦な表面を得るには高圧成長を行うことが必要だった。一方、高圧成長では原料ガスが基板に到達するまえに消費され、原料利用効率が悪化するという産業上見過ごせない課題を有している。そこで、産業応用を見据えて低圧(~38 Torr)下において、有機金属気相成長法にて成長条件の精査を行った。その結果、低圧下であっても、N元素源であるアンモニア流量を調節することで低ピット密度かつ表面平坦粗さのRMS値が1 nmを切る平坦なr面AlGaNが得られた。また、フォトルミネッセンス(PL)測定より、現在利用されている面であるc面上のAlGaN/AlN量子井戸と半極性r面上のそれの弱励起条件下における内部量子効率が、波長~225 nmにおいてc面上は1.6 %であるのに対し、r面上は5.4 %と3.5倍に向上することが分かった。時間分解PLも組み合わせると、その理由は輻射再結合確率がr面ではおよそ2倍に向上すること、非輻射再結合中心の密度がr面では低減されているためだと分かった。また、半極性面では成長方向の分極が小さいため、分極ドーピングによってp型層を得ることは不可能だと考えられていたが、r面のようにc面からのなす角度がほどほどの角度であれば半極性面であっても分極ドーピングが可能であることを理論的に示した。