【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23AT0107
利用課題名 / Title
GaN指向性マイクロLEDの研究
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
光デバイス/ Optical Device,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
趙 茜茜
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
王 学論
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
郭 哲維
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
AT-004：電界放出形走査電子顕微鏡[S4800_FE-SEM]
AT-095：RF-DCスパッタ成膜装置（芝浦）
AT-093：高速電子ビーム描画装置（エリオニクス）
AT-082：化合物半導体エッチング装置（ICP-RIE）
AT-089：赤外線ランプ加熱炉（RTA）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
サイズ数μmの半導体LED（マイクロLED）を発光素子に用いたマイクロLEDディスプレイは次世代VR/ARスマートグラスのための高輝度・高解像度・省電力のディスプレイとして期待されている。従来のマイクロLEDは一般的にドライエッチングにより、LEDウェハを削ることで作製される。この場合、光があらゆる方向に放射されるため、画素間の光の混ざり合い（光のクローストーク）が生じやすい、VR/AR光学系への結合効率が低い（～10%）などの課題があった。我々は従来技術の課題を解決する有望なデバイスとして円錐台型指向性マイクロLEDの開発を進めている。このデバイスでは、直径150nm程度のInGaN/GaN量子井戸発光源がサイズ発光波長程度のGaN円錐台の中心に埋め込まれている。上記指向性マイクロLEDの作製プロセスの一部は産総研ARIM施設内の装置を利用して行った
実験 / Experimental
上記指向性マイクロLEDの実現のために、まず、直径150nm程度のInGaN/GaN量子井戸微小発光源の作製技術を開発する必要がある。本研究では、以下のトップダウンプロセスによる微小発光源の作製を行っている。① 電子ビーム描画（AT-093を使用）、真空蒸着およびリフトオフプロセスにより、SiO2膜が成膜されているInGaN/GaN量子井戸試料上にNiの円形パターン（直径150nm）を形成する。② Niをマスクに用いて、SiO2膜のRIEエッチングを行うことで、Niの円形パターンをSiO2膜に転写する。その後、Ni膜を王水により除去し、SiO2の円形パターンのみを試料上に残す。③ 上記SiO2円形パターンをマスクに用いて、InGaN/GaN量子井戸試料をドライエッチングすることにより、InGaN/GaN微小発光源を形成する。なお、ここで、ドライエッチング方法として、半導体材料の超低損傷エッチングが可能な中性粒子ビームエッチング技術を用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に上記プロセスを用いて作製したInGaN/GaN量子井戸微小発光源のSiO2マスク除去前の30°傾斜走査電子顕微鏡（SEM）（AT-004を使用）写真を示す。ここで、InGaN/GaNナノディスクは1mmの周期で三角格子状に配列させた。この図から、基板面に対して垂直な側面を持つナノディスク構造が形成されているのが分かる。また、ナノディスク側面のモフォロジーが平坦面よりもスムースであることも同図から確認できる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 InGaN/GaNナノディスク微小発光源の30°傾斜SEM写真
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.
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