マイクロLEDディスプレイへ向けた3原色LEDの集積化技術と実用化展望

第1部 マイクロLEDの開発状況、技術課題と今後の予測

(2018年6月18日 10:00〜11:30)

　最近、マイクロLED (μ-LED) が、OLEDに代わる民生用の次世代ディスプレイ用自発光型光源として注目されている。OLEDは輝度および耐湿性等で問題があり、大型画面や屋外使用で限界が指摘されており、μ-LEDに関心が集まってきた。但し、μ-LEDの製品化には実用面およびコスト面で高い障壁がある。 　今回、μ-LEDの開発状況、技術課題に関して説明する。また、発光半導体全般についても解説する。

1. LED
   1. 開発経緯
   2. 発光原理
   3. 発光効率
   4. PKG
   5. 用途展開
2. マイクロLED
   1. 概要
   2. 製法案
   3. CSP化
   4. ミニ化
   5. ミクロ化
   6. ナノ化
3. OLED
   1. 開発経緯
   2. 発光原理
   3. PKG
   4. 用途展開
   5. 課題
4. その他
   1. QLED
      • 発光原理
      • 用途展開
   2. 1面発光型光源
      • RCLED
      • VCCEL
      • LD
• 質疑応答

第2部 スマートディスプレイ用波長超安定・狭帯域窒化物半導体赤色発光ダイオードの開発

(2018年6月18日 12:10〜13:40)

　赤色蛍光体に広く用いられる3価のEuイオンを添加したGaNを活性層とする発光ダイオード (LED) を作製し、電気を流すことにより高輝度な赤色発光を得ることに世界で初めて成功した。本発明の赤色LEDは従来のAlGaInP/GaAs系赤色LEDと異なり、結晶成長技術により青色/緑色LEDと併せて、同一基板上に集積化することが可能である。 　本講義では、研究の背景と現状について解説する。

1. 研究の背景
2. 窒化物半導体発光ダイオード (LED) の現状
   1. 青色/緑色LED
   2. 紫外LED
   3. 赤色LED
3. 希土類添加半導体
   1. 希土類元素
   2. 希土類添加半導体の魅力
   3. Er,O共添加GaAs
   4. 希土類添加GaN
4. Eu添加GaNと赤色LEDへの展開
   1. Eu添加GaN
   2. 結晶成長技術
   3. Eu発光特性
   4. 素子構造とデバイス特性
5. Eu添加GaN赤色LEDの高輝度化
   1. Eu発光メカニズム
   2. Euイオン周辺局所構造制御 (イントリンシック制御)
      1. Euイオン周辺局所構造
      2. 局所構造に依存したエネルギー輸送機構
      3. 不純物共添加効果
   3. フォトン場制御 (エクストリンシック制御)
      1. Fermi黄金律
      2. 表面プラズモンの利用
      3. 光共振器の利用
6. 将来展望
• 質疑応答

第3部 スパッタリング法を用いたInGaN三原色LEDの作製とマイクロLEDディスプレイへの応用展開

(2018年6月18日 13:50〜15:20)

　μLEDの低コスト化を目指して、量産性の高いスパッタリング法を用いて安価なガラス基板や金属フォイル上に三原色のInGaNのLEDを実現している。

1. スパッタリング法を用いた窒化物半導体の結晶成長とその材料物性
   1. スパッタリング法を用いた窒化物半導体の結晶成長法の特徴
   2. スパッタリング法を用いて作成した窒化物半導体の構造物性
   3. スパッタリング法を用いて作成した窒化物半導体の光学特性
   4. スパッタリング法を用いて作成した窒化物半導体の電気特性
2. スパッタリング法を用いた窒化物半導体`デバイスの作製とその特性
   1. スパッタリング法を用いた窒化物半導体デバイスの作製
   2. スパッタリング法を用いて作成したショットキーダイオードの特性
   3. スパッタリング法を用いて作成したpnダイオードの特性
   4. スパッタリング法を用いて作成した発光ダイオードの特性
   5. スパッタリング法を用いて作成したMISFETの特性
   6. スパッタリング法を用いて作成したHEMTの特性
3. 低コスト大面積基板上への窒化物半導体の結晶成長とそのデバイス応用
   1. 金属フォイル上への窒化物半導体成長と3原色LEDの作製
   2. ガラス基板上への窒化物半導体成長と3原色LEDの作製
   3. ポリマーフィルム上への窒化物半導体成長とその素子応用
• 質疑応答

第4部 GaN指向性マイクロLEDの開発

(2018年6月18日 15:30〜16:45)

　マイクロLEDディスプレイの実用化のためには、現在のマイクロLED技術が抱えるチップサイズの縮小に伴う発光効率・輝度の低下、低コスト・高速実装が困難などの課題を解決しなければならない。我々は、上記課題を解決する有望なデバイスとしてエバネッセント光の結合効果を利用した指向性マイクロLEDを提案し、その開発を進めている。 　本講演では、指向性マイクロLEDの基本原理を説明した後、窒化物半導体によるRGB3原色の指向性マイクロLED実現に向けた取り組みについて紹介する。

1. 現在のマイクロLED技術の課題
   1. チップサイズ縮小による発光効率低下
   2. 赤色波長帯における効率低下
   3. 低コスト、高速実装問題
2. エバネッセント光の結合効果を利用した指向性マイクロLED
   1. エバネッセント光の結合効果
   2. 指向性マイクロLEDの提案
   3. InGaAs/GaAsリッジ型LEDによる実証
3. GaN指向性マイクロLEDの理論的検討
   1. 構造の最適化、発光効率の見積
   2. ディスプレイ輝度の試算
   3. RGBモノリシック集積の可能性
4. GaN指向性マイクロLEDの実現に向けて
   1. 選択成長方式
   2. トップダウン方式、低損傷プラズマエッチング技術
   3. 高効率赤色LEDの実現可能性
5. 今後の展望
• 質疑応答