III族窒化物半導体及び酸化亜鉛単結晶を接合した高輝度発光素子の開発

本研究の目的は、原子レベルで平坦化した酸化亜鉛(ZnO)基板上に高品質なIII族窒化物半導体(窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(lnN)、窒化アルミニウム(AlN)、およびそれらの混晶)を成長し、高輝度紫外線発光素子や高効率照明への応用可能性を見出すことである。近年、短波長光デバイスへの応用が期待されているIII族窒化物半導体薄膜の高品質化を目指し、ZnOなどの格子整合基板上への窒化物薄膜成長に関する研究が精力的に行われている。しかしながら、ZnO基板表面構造、および窒化物薄膜/ZnOの界面構造を制御して窒化物薄膜を作製したという報告はほとんどない。我々は、パルスレーザー堆積法(PLD法)も用いることでZnO基板上に室温という従来の成長温度よりも1000℃程度低い成長温度でGaNのエピタキシャル成長が可能であることを見出した。室温においてエピタキシャル成長したGaNは極めて平坦な表面を有していることが分かった。このPLD法による室温成長技術は他のIII属窒化物半導体にも適用できることも見出し、紫外線発光を呈するAlNやAlGaN、緑〜赤色発光を呈するInGaNの高品質化にも成功した。さらに、室温成長技術はデバイス特性に優れた「無極性面、半極性面」GaNの結晶成長においても適用でき、過去に報告されている結晶品質を大きく凌駕する結晶を作製することに成功した。従来高品質化が困難であると考えられていた無極性面・半極性面GaNを利用した発光デバイス実用化への可能性を見出した。

本研究の目的は、原子レベルで平坦化した酸化亜鉛(ZnO)基板上に高品質なIII族窒化物半導体(窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(lnN)、窒化アルミニウム(AlN)、およびそれらの混晶)を成長し、高輝度紫外線発光素子や高効率照明への応用可能性を見出すことである。近年、短波長光デバイスへの応用が期待されているIII族窒化物半導体薄膜の高品質化を目指し、ZnOなどの格子整合基板上への窒化物薄膜成長に関する研究が精力的に行われている。しかしながら、ZnO基板表面構造、および窒化物薄膜/ZnOの界面構造を制御して窒化物薄膜を作製したという報告はほとんどない。我々は、パルスレーザー堆積法(PLD法)も用いることでZnO基板上に室温という従来の成長温度よりも1000℃程度低い成長温度でGaNのエピタキシャル成長が可能であることを見出した。室温においてエピタキシャル成長したGaNは極めて平坦な表面を有していることが分かった。このPLD法による室温成長技術は他のIII属窒化物半導体にも適用できることも見出し、紫外線発光を呈するAlNやAlGaN、緑〜赤色発光を呈するInGaNの高品質化にも成功した。さらに、室温成長技術はデバイス特性に優れた「無極性面、半極性面」GaNの結晶成長においても適用でき、過去に報告されている結晶品質を大きく凌駕する結晶を作製することに成功した。従来高品質化が困難であると考えられていた無極性面・半極性面GaNを利用した発光デバイス実用化への可能性を見出した。