特定フェローは、微小なGaN(窒化ガリウム)LED(マイクロLED)の高効率化技術を開発した。ディスプレーとして期待されているが、従来の作製法ではLED側面の加工損傷が大きいため、サイズが小さくなると発光効率が著しく低下することが大きな問題になっていた。マイクロメートル(μm)まで小さくしても発光効率の低下がほとんどないGaNマイクロLEDを開発した。Semiconductors」で発表される。強く求められるようになった。μm程度のマイクロLEDを高密度に配置したマイクロLEDディスプレーが大きな注目を集めている。マイクロLEDディスプレーは、従来の液晶や有機ELディスプレーに比べて、1/10以下の低消費電力化、10000倍以上の高輝度化、10倍程度の高解像度化が可能と考えられている。従来のマイクロLEDは、一般に誘導結合プラズマ(ICP)エッチング技術を用いて平面LEDウエハーを加工して作製されている。マイクロLEDの側面がプラズマに曝(さら)されるため、LEDの側面に発光に寄与しない欠陥が高密度に生じる。LEDのサイズが小さくなると、欠陥が生成した側面の割合が高くなり、欠陥に捕獲され発光に寄与しない電子の数が増える。マイクロLEDディスプレーの実現が困難であった。産総研は、これまでに可視光半導体LEDの高効率化の研究開発に取り組んできた。最近、ナノ構造によるLEDの高機能化を目指して、中性粒子ビームエッチング技術を用いたGaNナノ構造の作製にも取り組んでいる。東北大は、半導体材料を超低損傷でエッチングできる中性粒子ビームエッチング技術を開発してきた。そこで、両者はGaNナノ構造の作製・評価で得られた知見を用いてGaNマイクロLEDの作製に取り組んだ。この技術開発の一部は、産総研と東北大で締結したクロスアポイントメント協定により行われた。μm角の4種類のGaNマイクロLEDを作製した。図1に作製したマイクロLEDの模式図を示す。よってサファイア基板上に成長させた青色発光するものを用いた。LEDの活性層として5重のGaN/InGaN(窒化ガリウム・インジウム)多重量子井戸構造を用いた。マイクロLEDからの発光はp型Ni(ニッケル)/Au(金)半透明電極側から取り出した。図2(a)、2(b)にそれぞれ従来の誘導結合プラズマエッチング技術と今回の中性粒子ビームエッチング技術で作製したマイクロLEDの発光効率の指標の一つである外部量子効率の電流密度依存性を示す。A/cm2以下)では発光効率が急激に低下していた。μmまで小さくしても発光効率はほとんど低下しなかった。A/cm2での発光効率を比較すると、中性粒子ビームエッチング法で作製したものは誘導結合プラズマエッチング技術で作製したものより約5倍高い発光効率を示した。inch、1インチ当たりの画素数)以上の超高解像度も可能になる。今後は、フルカラーマイクロLEDディスプレーの実現に向けて、この技術を用いた緑色および赤色マイクロLEDの作製を進める予定である。◆窒化ガリウムLED発光層の材料に窒化ガリウム(GaN)/窒化ガリウム・インジウム(InGaN)を用いた半導体発光ダイオード(LED)。インジウムの含有量を調整して、赤、緑、青の三原色のLEDを作製できる。赤色波長帯の発光効率が未だ数%以下と極めて低いという課題を有する。[参照元へ戻る]◆マイクロLEDサイズが数μm~数十μmの微小な半導体発光ダイオード(LED)。[参照元へ戻る]◆中性粒子ビームエッチング技術プラズマ中の帯電粒子をプラズマ室と試料室との間に設置したハチの巣状のカーボンプレートによって中性化し、中性の活性種だけを試料表面に供給するエッチング技術。寒川教授が世界で初めて開発した技術で、ダメージの極めて少ないエッチングが可能。半導体材料のドライエッチング技術の一種。プラズマ密度が高く、高速エッチングが可能。[参照元へ戻る]◆LEDウエハーLED構造が積層されている半導体基板のこと。一般的に、n型層、発光層、p型層を少なくとも有する。構成元素を含むガスを反応室の中で加熱分解させ、基板上に化合物半導体の薄膜結晶を成長させる技術。ガスの切り替えによって、半導体LEDや半導体レーザーなどの複雑な積層構造を持つ半導体光デバイスを比較的簡単に作製できる。nm)をエネルギー幅の広い半導体薄膜結晶で挟んだ構造。電子と正孔をエネルギー幅の狭い半導体層に閉じ込めることによって、高い発光効率を実現している。[参照元へ戻る]◆外部量子効率LEDの発光効率を表す指標の一つ。LEDから外に放出した光子の個数をLEDに注入した電子の個数で割った値。内部量子効率(LEDに注入された電子の内、光子に変換された電子の割合)と光取り出し効率(LED内に発生した光子の内、外に取り出した光子の割合)の積で表すこともできる。ためのキーデバイスの一つである。