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Top emission UV-LEDs using h-BN

使用 h-BN 的顶部发射 UV-LED

基本信息

批准号：
21K04147
负责人：
山田永
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は紫外光域の高輝度光源実現のため、六方晶窒化ホウ素（h-BN）を用いたトップエミッション型AlGaN系LED構造をMOCVDで一貫成長にて行うことを特徴とする。現状AlGaN系LEDは4つの課題（格子整合する基板が存在しない、正孔注入効率が低い、電子オーバーフロー、低Al組成AlGaNやGaNに吸収される）がある。本研究はAlGaN歪み緩和・光反射超格子層およびAlGaNとの正孔障壁が低いh-BN正孔注入層を用いることでこれら課題の解決を目指している。AlGaN発光層は歪みが緩和され、発光層から下面に発光した光は光反射層で上面に反射され、上面に発光した光はバンドギャップが大きいh-BNを透過する。これらをMOCVD一貫成長にて行うことで急峻な界面と残留不純物の低減が可能となるため高効率LEDの実現が期待できる。2022年度は既に確立したAlGaN歪み緩和・光反射層上にLED活性層となるAlGaN/AlGaN-MQWsの成膜を行った。MQWsの構造としてAl組成、膜厚、周期数を変化させ、表面モフォロジー、歪み緩和率、発光特性をAFM、XRD逆格子マップ、およびPL測定により測定した。その結果、室温で光反射波長（270-290nm）に対応するPL発光が得られ、半値幅は7nmであった。また、h-BN膜をMQWs上に1300℃以上の高温で同一MOCVD装置にて連続成膜を行い、MQWsの発光が消失しないことを確認した。

In this paper, we study the characteristics of high brightness light source realization in ultraviolet region and hexagonal crystal nitride (h-BN) structure in MOCVD for consistent growth. The current AlGaN LED system has four problems (lattice integration substrate exists, positive hole injection efficiency is low, electron density is low, AlGaN absorption is low). In this paper, we aim to solve the problem of AlGaN distortion mitigation, optical reflection superlattice layer and AlGaN positive hole barrier layer. The AlGaN light-emitting layer transmits light from the lower surface to the upper surface of the light-reflecting layer. MOCVD is expected to grow consistently and reduce residual impurities at sharp interfaces. In 2022, AlGaN/AlGaN-MQWs were formed on the LED active layer. The structure of MQWs, Al composition, film thickness, period number, surface roughness, distortion relaxation rate, light emission characteristics, AFM, XRD inverse lattice, and PL measurement were measured. The results show that the room temperature reflection wavelength (270-290nm) corresponds to the PL emission, and the half-amplitude is 7nm. It is confirmed that the h-BN film on MQWs is continuously formed at a high temperature of more than 1300℃ in the same MOCVD device, and the light emission of MQWs disappears.