従来のAlGaN系発光ダイオードの狭いスペクトルの限界を克服するため、本研究では能動領域構造を設計し、AlGaN系広帯域LEDの作製に成功した。本研究は、量子井戸の発光とp型AlGaN層の欠陥発光のバランスによりスペクトルの拡張を実現した。実験結果より、c軸方向にAl組成が増加する量子井戸は、有源領域のp側近傍に有効なポテンシャル障壁を形成することが示された。この障壁は量子井戸への正孔注入を減少させ、有源領域内の放射再結合を弱め、多数の正孔をp型層に閉じ込めることでスペクトル幅の広い欠陥発光を強化し、全体の発光スペクトルを拡大する。高Al組成の量子井戸の追加導入はスペクトル拡張への寄与が限定的であり、主に高い障壁としてキャリアの注入および多重量子井戸内での分布に影響を与える。最終的に、c軸に沿って量子井戸のAl組成が段階的に増加し、各組成ごとに単一量子井戸を設けたデバイスは最適な広帯域特性を示し、電気発光スペクトルの半値全幅は約41.4 nmであった。さらに、本研究は当該デバイスを結合器と組み合わせ、波長範囲260 nmから400 nmをカバーする紫外光源システムを実証し、スペクトル範囲の拡張とシステム集積の複雑さ低減が有効であることを確認した。本研究は、構造がコンパクトでスペクトルカスタマイズ可能な先進的紫外光源システムの開発に向けた確かな基盤を築き、紫外広帯域光源の実用化促進に寄与する。

広帯域;紫外光源;AlGaN;LED;多重量子井戸