InGaN系半導体光材料のナノポテンシャル制御とデバイス応用

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本研究は，窒化物半導体InGaNをベースとした単色発光デバイスの高効率化を目的として，InGaN系発光デバイスを，オフ角をつけた特殊な非極性面基板に作製し，その結晶品質の向上を狙うものである．本年度は，始めに微傾斜{11-22}GaN基板の詳細設計を検討し，[1-100]方向に1度，３度，５度傾いた基板を実際に基板メーカーに作製いただき，その表面状態をノマルスキ顕微鏡および原子間力顕微鏡によって評価した．その結果，オフ角に関わらず原子レベルで平坦な表面が得られていることを確認した．また化学機械研磨後の段階では，表面モフォロジーにオフ角依存性は無く同様に平坦であった．次に，これらの基板の上にGaN薄膜をエピタキシャル成長し，オフ角の効果を検証することを試みた．しかしながら，成長後の表面状態が悪く，結晶成長に不十分であることが判明したため，基板メーカーと加工条件の最適化を進めることとした．一方で，オフ角をつける別のアプローチとして，サーマルリフロー法を用いてマイクロスケールの凸レンズ状構造を形成することを試みた．これにより，局所的にオフ角が変化するマイクロ構造を基板面内に作製できた．続いて，マイクロ構造上にGaNホモエピタキシャル膜およびInGaN発光層の結晶成長を行った．その結果，特徴的なInGaN発光層の発光波長分布が見られた．すなわち，オフ角をつける結晶方位([1-100]と[11-2-3]方向)に応じて発光波長が変化し，中心対称性なマイクロレンズ構造内で異方的な波長分布が確認された．