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固体照明の主要材料に本質的限界を発見

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February, 7, 2018, Berlin--国際研究チームは、青色LEDの重要材料であるInGaN薄膜のインジウム(In)含有量を制限するメカニズムを明らかにした。
 InGaN量子井戸のインジウム含有量の増加は、III-窒化ベース LEDの発光を緑に、また特に現在のRGBデバイスに必要な、光スペクトルの赤色部分にシフトする一般的なアプローチ。新しい研究成果は、長年の研究上の問題への解答である。すなわち、効率的なInGaNベースの緑と赤色LEDを得ようとすると、この古典的なアプローチがなぜ失敗するかと言う問題である。
 緑色LEDとレーザの領域の進歩にもかかわらず、研究者は膜のインジウム含有量30%の限界を克服できなかった。その理由は、今まで明らかになっていなかった。これは、基礎的効果というよりも、適切な成長条件を見つけられないことが問題なのか。ここにきて、ドイツ、ポーランド、中国の国際研究チームは、この問題解決の手がかりを得て、その制限に関係するメカニズムを明らかにした。
 研究では、チームは、GaNにInNシングル原子層を成長させることでインジウム含有量の限界を押し広げようとした。しかし、成長条件に関係なく、インジウム濃度は、25%~30%を超えることはなかった。これは、根本的な制限メカニズムの明確な印である。研究チームは、先進的な評価法、原子分解能透過型電子顕微鏡(TEM)、インサイチュ反射高速電子線解析(RHEED)を使用し、インジウム含有量が25%程度に達すると直ぐに、(In,Ga)Nモノレイヤ内の原子が規則的なパタンで整列する、すなわちInの単一原子列がGa原子の2つの原子列と交替する。包括的な理論計算によって明らかになったことは、原子配列が特定の表面再構成によって引き起こされるということだった。インジウム原子は、予想された3つではなく、4つの近傍原子と結合する。これにより、インジウムと窒素原子との間により強い結合が生ずる。このため、一方では、成長過程で、より高い温度を利用することができ、材料品質が向上する。他方、その配列がIn含有量を25%に制限する、これは現実の成長条件では克服できない。
(詳細は、www.ikz-berlin.de)