松岡 隆志

提案法人名：パナソニック株式会社 （委託：株式会社福田結晶技術研究所）

フォトン・フォトキャリア直交型太陽電池のInGaN系による展開可能性の検討を行う

N極性InAlN混晶半導体の減圧および加圧有機金属気相成長による高効率光・電子素子応用に関する研究

青色発光ダイオードで知られる窒化物半導体混晶InGaAlNは、バンドギャップ・エネルギEgが0.65～6.0eV（波長換算0.2～1.9μm）と広く、固体照明用高輝度紫外発光ダイオード、高効率太陽電池、高周波・高出力トランジスタ等の実用化が緊急に期待されている。Egが広いという特性を活かすために、混晶組成域の拡大が必須である。従来の研究は、InN、GaNやAlNの成長温度の差や熱力学的相分離のため、GaNへInやAlを添加する研究がなされてきた。本課題では、素子応用に有利な価電子帯のバンド障壁が大きくなるInNに、Alを添加する「エピタキシャル成長技術」を研究する。

窒化物半導体エピタキシャル成長に関する研究を行う

持続可能な社会実現に向けて、半導体は、高効率・低コストの太陽電池および省エネルギー各種素子の実用化に責務がある。中でも、青色LEDで知られている窒化物半導体は、固体照明の高効率化、タンデム型高効率太陽電池、次世代の高密度波長多重光通信用光源、および、高出力・高周波スィッチング素子の実現に大きな可能を有する。しかしながら、窒化物半導体の転位密度は、従来からある化合物半導体に比し数桁高く、結晶品質の改善が急務である。その原因は、格子整合基板の不在にある。本研究では、大型高品質結晶を成長できるScAlMgO4を新たに導入し、申請者の保有するエピタキシャル成長技術を用い、GaNの高品質化に挑戦する。

持続可能社会実現のネルギー対策として、＜太陽電池＞は有効である。現用の高効率太陽電池はシリコン製で、その効率は最大22%である。これに対して、Si基板の表裏にバンドギャップ・エネルギ0.7eVと1.4eVの窒化物半導体を積層した、光・電気の理論変換効率36%の高効率太陽電池を提案する。 0.7eV用材料はInNで、現在、高品質化の研究も申請者で進められている。一方、1.4eV用材料は高In組成窒化物半導体である。この成長は、相分離現象のため困難とされるが、20年以上の歳月で培った窒化物半導体エキシャル成長の経験・技術を申請者は駆使し、高In組成窒化物半導体の成長に挑戦する。

次世代のエネルギー技術や環境技術について，外部技術動向調査や今後のトレンドの分析を実施し，環境・エネルギー問題解決に資する革新的な技術の研究開発について検討を行う．

太陽電池の高効率化を目指し、半導体中の励起子の増感作用について研究する。研究対象とする材料は、太陽光の全波長域をほぼカバーできる窒化物半導体である。

光の三原色を構成するLEDのうち、発光層にInGaNを用いている緑色LEDは、赤や青に比べて光出力が一桁低い。このInGaNが相分離しているためである。本研究では、相分離を抑止し均一な組成のInGaNを得るために、成長温度の高温化を図る。さらに、結晶の高品質化を目指し、窒化物半導体用基板として一般に用いられているサファイアより一桁格子整合性の良いZnO基板の使用にも挑戦する。

青色発光用窒化物半導体薄膜成長用基板として研究代表者が１９８７年に提案したＺｎＯ単結晶の２インチ基板が現在作製されるようになった。この基板上に高品質窒化物半導体単結晶薄膜を成長する技術と、そのデバイス化の開発研究を行う。

インターンシップ事業、英語教育推進のための事業、初の試みとなりました国際講義、若手研究者研究報告会、外部評価委員会等々のため

高密度波長多重光通信方式に向けて、温度安定性に優れた光源として、窒化物半導体であるInNの薄膜成長技術とその物性について研究する。

青色発光ダイオードで知られている窒化物半導体に関して、その物性とデバイス応用に関する研究を行う。窒化物半導体の中でも特に、研究代表者がバンドギャップの既報告値が誤っていることを１９８９年から指摘してきているＩｎＮに重点をおいて研究を進める。

青色発光用窒化物半導体薄膜成長用基板として研究代表者が１９８７年に提案したＺｎＯ単結晶の２インチ基板が現在作製されるようになった。この基板上に高品質窒化物半導体単結晶薄膜を成長する技術と、そのデバイス化の開発研究を行う。

本研究では、光ファイバ通信用光源として、低密度波長分割多重通信方式（CWDM）の低価格化のためにペルチエ素子による冷却を必要としないuncooled laserと、高密度波長分割多重通信方式(DWDM)の高密度化のために波長間隔の狭小化を可能にする波長に関して温度安定性に優れたレーザと、を実現することを目的とする。

現在、信号機などに使用されている青色発光ダイオード(LED)は、サファイア単結晶基板上に窒化物半導体を積層して作製されている。発光層のInGaNとサファイア基板との格子定数の不整合率は、14%に及ぶ。半導体光素子では、素子の特性と寿命の点から、この不整合率は0.1%以下とされている。本課題では、ZnO単結晶基板を用いて、InGaNの格子整合成長を図り、InGaNの高品質化を目指す。

青色発光用窒化物半導体薄膜成長用基板として研究代表者が１９８７年に提案したＺｎＯ単結晶の２インチ基板が現在作製されるようになった。この基板上に高品質窒化物半導体単結晶薄膜を成長する技術と、そのデバイス化の開発研究を行う

青色発光ダイオードで知られている窒化物半導体に関して、その物性とデバイス応用に関する研究を行う。窒化物半導体の中でも特に、研究代表者がバンドギャップの既報告値が誤っていることを１９８９年から指摘してきているＩｎＮに重点をおいて研究を進める。

光通信方式の大容量化のために、高密度の波長多重を可能にしうるInNを発光層とする分布帰還型レーザの開発を最終目標とし、薄膜の成長法とその物性に関する基礎研究を行う。