【公開日：2025.06.16】【最終更新日：2025.05.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22KT1021
利用課題名 / Title
窒化物半導体のデバイス作製
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
成膜・膜堆積,膜加工・エッチング,オプトエレクトロニクス,スパッタリング/Sputtering,フォトニクス/ Photonics,3D積層技術/ 3D lamination technology
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
船戸 充
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
松田祥伸
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
窒化物半導体を用いたデバイスはすでに実用化に至っているものもあるが、さらなる高機能化や高性能化に向けた研究が現在も活発に行われている。例えば、InGaN系青色LEDと蛍光体を用いた白色LEDは、照明などになくてはならないデバイスであるが、その演色性には問題があり、窒化物半導体だけで多色発光する素子が期待されている。また、緑色から長波長あるいは紫外域で動作するLEDやレーザは開発の途上にある。 デバイスを作製するには、結晶成長と作製した結晶の加工および電極形成が必須である。本プロジェクトでは、京都大学 学際融合研究教育推進センター ナノテクノロジーハブ拠点の設備で、透明電極であるITOを窒化物半導体に蒸着し、p型電極とした。
実験 / Experimental
窒化物半導体結晶は研究室で有機金属気相成長法により作製した。LEDのデバイスプロセス実施のため、 本拠点の多元スパッタ装置（KT-202）によりITO電極(p型電極)を形成した
結果と考察 / Results and Discussion
窒化物半導体結晶による量子井戸発光層を三次元構造とすると、構成する結晶面によって発光色が異なることから、白色を含む多色発光が可能となる。従来の蛍光体を用いる白色LEDと異なり、キャリア再結合が速く、高速変調など新しい応用が拓けると期待し、研究を進めている。従来は、結晶再成長法により三次元構造を形成していた。この方法の場合、三次元構造を構成する各結晶面は、表面エネルギーの低い安定面になる。
これに対して、本課題では、結晶成長前の基板表面にあらかじめ曲面を形成しておき、その上にInGaN系量子井戸発光層を形成することを検討した。この場合、曲面はある決まった結晶面方位ではなく、任意の面とすることができるため、発光波長の連続的な変化が期待される。LEDのための多層構造を有機金属気相成長法で作製した後、基板裏面にn型電極を、構造表面にp型電極を形成し、実デバイスとした。このp型電極の材料はITOであり、京都大学ナノハブ拠点の装置により成膜している。 電流注入によりデバイス動作を確認したところ、良好な整流性と、単色LEDに比べてブロードな発光が得られた。ブロードな発光は、基板表面の曲面による傾斜角度の連続的な分布によるものである。今後、この角度などをより精度よく制御することにより、さらなる広帯域発光が期待される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 松田 祥伸，船戸 充，川上 養一，第71 回応用物理学会 春季学術講演会 (2024年3月)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件