280nm帯InAlGaN高出力紫外LED

摘要

Quaternary InAlGaN alloy is attracting much attention as candidate material for realizing deep-ultraviolet (DUV) light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), because efficient UV emission can be obtained due to In-incorporation effects. In this study, we succeeded in the growth of high-quality InAlGaN with high-Al-content (>50%) by using quite low growth rate. We also revealed that the oxygen impurity concentration was significantly reduced and the surface roughness was improved for the quaternary InAlGaN by introducing the light-doping of Si. At last, we demonstrated extremely high internal quantum efficiency (>80%) for 280 nm-band InAlGaN quantum wells (QWs) at room temperature (RT). We fabricated a 280 nm-band InAlGaN-based LED on an AlN/sapphire template. The maximum output power and the external quantum efficiency (EQE) were 10.6 mW and 1.2 %, respectively, under RT CW operation.%波長250－280nm帯の紫外LED・LDは殺菌用途への展開が予測され、高効率・高出力化が期待されている。Inを数％程度含むInAlGaN4元混晶はInの組成変調効果によって、AlGaNよりも高い効率で発光すると考えられ、高効率紫外LED・LDの発光材料として期待されている。一方、280nm帯紫外で発光するAl組成50％以上のInAlGaN4元混晶の成長条件はこれまで把握されなかった。本研究では、0．03μm/hという非常に遅い成長速度を用いることにより、高Al組成InAlGaNの高品質結晶成長に成功した。また、InAlGaN4元混晶に1×10~(17)cm~(-3)程度のSiドープを行うことにより、酸素不純物濃度の低減と原子層レベル平坦性を実現した。これらの効果を用いて高効率発光する280nm帯InAlGaN量子井戸を作製し、推定80％以上の高い内部量子効率を観測した。サファイア／AlNテンプレート上にSiドープInAlGaN量子井戸発光領域、p型InAlGaN層を有する紫外LEDを作製し、波長282nmにおいて、室温CW出力10．6mW、最大外部量子効率1．2％を実現した。