Visible, long wavelength LEDs based on In-rich InGaN on ScAlMgO4 substrates

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窒化物半導体をベースとした可視全域での高効率LEDの開発は，次世代マイクロLEDディスプレイのために不可欠な課題と位置付けられている．本研究は，(0001)面でIn(0.17)Ga(0.83)Nと格子整合するScAlMgO4に着目し，この基板上に緑色から赤色域にて高効率発光するInGaN系LEDを開発することを目的としている．従来，厚み数100 nmの In(0,17)Ga(0.83)N単層膜をScAlMgO4基板上に形成し，量子井戸発光層の下地層としている．この下地層の上にIn(x)Ga(1-x)N/In(0.17)Ga(0.83)N量子井戸構造 (x>0.17)，p-GaNを順次作製しLED構造としたところ，波長700 nmで発光を電流注入で得ることに成功した．ただし，発光出力は，定格20 ｍA駆動時に数十nWと低く，これを改善するために，クリアすべき課題が多数存在する状況だと考えている．その一つとして，本年度は，InGaNとScAlMgO4基板の界面に注目し，その制御によってInGaN層の結晶性や平坦性が改善できることを見出すとともにそのメカニズムを検討した．具体的には，窒化物半導体のAl原料のみを基板上に供給すると比較的結晶性の高いAlN界面層が形成され，それにより，その上の(In)GaN成長層の特性が改善することがわかった．改善したInGaN層上にInGaN/InGaN量子井戸を作製し，下地の改善に伴い発光強度が増大することを確認した．また，基板そのものの特性も検討を進めた．GaNをScAlMgO4基板に結晶成長し，その結晶性(貫通転位密度)や反りを定量した．反りGaN膜厚依存性の実験を再現するパラメータセットを提案した．