GaN,ZnO,ZnSe系発光ダイオードの劣化を引き起こす増殖性点欠陥の制御

控制导致 GaN、ZnO 和 ZnSe 发光二极管劣化的增殖点缺陷

• 批准号: 17760012
• 负责人: 足立 真寛
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760012/
• 关键词: GaN; ZnO; ZnSe; 白色LED; 素子劣化; 格子欠陥; 半導体物性; 自己補償効果

平成18年度は,本年度の目標であったワイドギャップ半導体光デバイス(GaN系,ZnSe系LED)のaging試験を行い,素子劣化を律速する増殖性欠陥に焦点を当て実験を進めた.以下に本年度の研究実績を記す.(1)GaN系深紫外LEDに関して実際のGaN系LED素子の活性層中に存在する(電気的に活性な)欠陥準位を検出することができた.この欠陥準位にフォーカスし,GaN系紫外LED素子を加速劣化試験(150mA,450K)しながら,その光出力の低下とその深い準位の濃度を系統的に測定した.現在は,劣化メカニズムの解明に必要な(系統的かつ定量的な)データを蓄積している段階である.今後,本研究を基に,素子劣化の物理的メカニズムの解明を行い,素子寿命の人工的制御手法を提案する予定である.(2)ZnSe系白色LEDに関してZnSe系白色LEDにおいて,前年度克服したp型クラッド層中で発生するミクロ点欠陥H0中心(p型ドーパントである窒素の複合欠陥,E_V+E_T=600meV)による劣化(第1ステージ)の後,それとは全く異なる欠陥種が新たに劣化を引き起こすことが判明した(第2ステージ劣化,素子寿命〜1000時間).この第2ステージ劣化は,本研究より,活性層上部のp型クラッド層中で増殖するドナ型の補償欠陥によって,劣化が進行することが分かった.この欠陥増殖は,欠陥準位での電子・正孔再結合(電子系のエネルギー)と格子系の熱エネルギーとの融合により異常促進されることが判明した.本劣化を人工的に抑制するために,新しい欠陥制御手法:電子・正孔再結合を抑制するためのp型層への電子ブロック層:2重クラッド層の採用により,この劣化を抑制し,素子寿命1万時間(室温)を達成することに成功した.(3)ZnO系結晶に関してミクロ点欠陥の立場から,ZnOエピタキシャル薄膜結晶の基板付近において,ノン・ドーピングでの自由電子濃度が10^<19>cm^<-3>以上あると見積もられた.この基板界面の結晶の情報を得るために,マクロ欠陥の研究に立ち返り,透過型電子顕微鏡(TEM)測定を行った.ZhO基板から伝播するc軸配向した転位が直接観測され,バッファ層・基板界面からエピタキシャル薄膜上部に向かうに伴い,結晶品質が改善傾向にあることが確認された.これは成長中にモニタした反射高速電子回折(RHEED)の観察結果と一致した.現在,長時間成長したZnOエピタキシャル薄膜結晶のエピ上部のマクロ・ミクロ欠陥の評価を行っており,欠陥の基礎データの蓄積(素子劣化を制御するための基礎情報の取得)を行っている.

In 2018, the goal of this year was to improve the aging test of semiconductor light emitting devices (GaN and ZnSe LED), and to accelerate the growth of photoelectron degradation. The following is a summary of the research achievements for the year. (1) GaN-based deep ultraviolet LED is related to the existence of (electrical activity) in the active layer of GaN-based LED elements. In this case, the concentration of GaN ultraviolet LED elements accelerated degradation test (150mA,450K), the decrease of light output and the depth of the calibration were systematically measured. Now, deterioration In the future, this study is based on the physical explanation of the degradation of the element, and the artificial control method of the element life is proposed. (2)ZnSe white LED is related to ZnSe white LED. In the previous year, it was found that there was a defect in the p-type LED layer (composite defect of the p-type LED layer,E_V+E_T=600meV), and the deterioration (the first step) was completely different. In this study, the degradation of the p-type semiconductor layer in the upper part of the active layer was studied. The electron and positive hole recombination in the electron system and the thermal recombination in the lattice system are abnormally promoted. This degradation is artificially suppressed, and the new control method: electron positive hole recombination suppression, electron p type layer, electron p type layer, electron p (3)ZnO system crystallization is related to the temperature difference,ZnO thin film crystallization substrate is close to the temperature difference, the free electron concentration of ZnO thin film crystallization is 10^<19>cm^<-3>or more. The crystal information of the substrate interface was obtained by transmission electron microscopy (TEM) measurement. The c-axis alignment of the substrate was directly measured. The crystal quality of the substrate interface was improved. The observation results of reflection high speed electron backscattering (RHEED) in growth are consistent. Now, the long-term growth of ZnO Epitaxial thin film crystals is being evaluated, and the accumulation of basic data (the acquisition of basic information to control electron degradation) is being carried out.

项目成果

Slow-mode degradation mechanism and its control in new bright and long-lived ZnSe white LEDs

新型高亮长寿命 ZnSe 白光 LED 的慢模衰减机制及其控制

• 发表时间: 2006
• 期刊: physica status solidi (b) Vol.243 No.4
• 作者: M.Adachi;K.Ando;T.Abe;N.Inoue;A.Urata;S.Tsutsumi;Y.Hashimoto;H.Kasada;K.Katayama;T.Nakamura
• 通讯作者: T.Nakamura

半導体発光素子の周期的逆方向バイアス印加駆動による輝度低下の抑制

抑制由于半导体发光元件的周期性反向偏压施加驱动而引起的亮度降低

• 发表时间: 2006

Influence of residual oxygen impurity in quaternary InAlGaN multiple-quantum-well active layers on emission efficiency of ultraviolet light-emitting diodes on GaN substrates

四元InAlGaN多量子阱有源层中残留氧杂质对GaN衬底紫外发光二极管发射效率的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Applied Physics 99・11
• 作者: T.Kyono;H.Hirayama;K.Akita;T.Nakamura;M.Adachi;K.Ando
• 通讯作者: K.Ando

Development on high efficient green LEDs of ZnSSe:Te-ZnMgSSe DH structure on p-GaAs and its degradation mechanism

p-GaAs 上 ZnSSe:Te-ZnMgSSe DH 结构高效绿色 LED 的研制及其降解机制

• 发表时间: 2006
• 期刊: physica status solidi (c) Vol.243 No.4
• 作者: T.Abe;K.Makimoto;M.Adachi;T.Tanikawa;N.Inoue;T.Nishinaga;H.Kasada;K.Ando
• 通讯作者: K.Ando

Electrical and optical properties of radiation-induced dominant recombination center in In_xGa_<1-x>P space solar cells

In_xGa_<1-x>P空间太阳能电池辐射诱导主导复合中心的电学和光学特性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Revies B Vol.72 No.15
• 作者: M.Adachi;A.Khan;K.Ando;N.J.Ekins-Daukes;H.S.Lee;M.Yamaguchi
• 通讯作者: M.Yamaguchi