The Japan Research and Development Center for Metals

財団法人 金属系材料研究開発センター

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TODAY

材料研究の「機能ロードマップ」策定の提言
今とは全く比べものにならなかった。学生には鮮明な「馬の鼻先の人参」の「人参」が、過去の製造業にはぶら下がっていたような気がする。
現在の材料工学での「人参」は何であろうか？
これが学生のみならずスタッフでも答えが出てこない。材料はいつの時代でも社会の高度化を支える基盤であることに異論はないと思う。社会が京都大学大学院工学研究科教授

村 上 正 紀いまだ単純なときは、求められる材料も単純な機能を満足させるものであれば十分役立ち、かつては「重厚長大」を目指して、材料開発は進められた。

ここ20年来、材料の用途が年々拡大しているに社会が高度化すれば材料に求められる機能は多もかかわらず、 材料 に対して学生の人気がない。

様化し、「強い」「軽い」だけでは全く相手にされしかも大学でせっかく材料を専攻した学生でも、ない。例えば、電子デバイス用の材料に要求され素材産業及び他のメーカーで、材料研究・開発にる機能は十指を超える。既存の材料では要求され従事することを希望する学生は年々少なくなってる機能が満足できそうもないものばかりである。

いるように思える。材料分野だけでなく、物づく汗水流して開発した新材料を用いて新電子デバイり産業全般にわたり学生に人気がない。

スが完成しても脚光を浴びるのはデバイス屋であしかし、日本人はもともと農耕民族であるがゆり、材料屋はいつも黒衣役である。それを知りなえに、物づくりに適した民族であるはずだと思う。

がら、材料屋が要求された機能を満足させる材料

実際、長年の間「士農工商」の封建制度で社会秩創製及びプロセス開発に打ち込む姿をIBM在職中序が成り立ち、「士」を除けば、日本人は物づくに目の当たりにし、材料屋の研究・開発の原動力りの「農工」が主役であることになんの異論も唱（人参）は何かと考えさせられた。

えていなかった国民である。封建時代まで遡らな導き出した結論は、電子材料開発には「新材料

くても、われわれの学生時代は「鉄は国家なり」の機能」と「新デバイスの性能」が１対１に対応で、物づくりを主とする製造業（特に鉄鋼業）にづけられ、新材料が新デバイスを創成していると就職することが一種の憧れであったようにも思える。

いう材料屋の 自負心 であるということである。

何故、過去は自発的に物づくりを主とする製造デバイス屋の要求を満たす材料創製には材料業に憧れ、職を求めていたのか？ 「日本は物づの限界に挑戦 しなければならないことに何度もくりでしか生き残れない」という共通認識のもと出くわす。この挑戦する意欲が材料への憧れの原に、学生にも「わが日本の将来を支えねばならぬ」動力の一つになっていることは間違いない。という潜在的使命感（志）があったように思える。

材料の種類が多様化して、材料研究へのニーズ

鉄鋼業は給与が他の業種よりかなり高く、給与にが増加したにもかかわらず、材料への学生の憧れ魅力を感じた者、超巨大企業に安心感を抱いた者が少なくなってきた理由の一つは、あまりにも材等さまざまであるが、物づくり業に対する憧れは料が多様であり、材料の機能と完成品の性能の関連が不透明になり、材料屋の貢献度が希薄になっし、「求められる材料機能」と「次世代製品の高ているからではないかと思われる。学生のみなら性能化」を明示する「機能ロードマップ」の作成

ず多くの材料屋の研究・開発意欲を駆り立てるにを系統的に行い、材料屋の自負心を高揚させるこは、完成品の性能と材料の機能との関連を明確にとが必要と思われる。

JRCM REPORT

21世紀のあかり計画（高効率電光変換化合物半導体開発）の研究開発状況
21世紀のあかり推進部 竹端賢二郎

１．はじめにJRCMは、「21世紀のあかり計画」

３．2000年度の研究開発の成果

発光機構に関する基礎理論の研究
成果：局在エネルギーと欠陥密度が紫外LEDにおけるエピタキシャル成発光効率に大きくかかわることを新エネルギー･産業技術総合開発機長とLEDの開発を解明。

構（NEDO）から1998年８月に委託

成果：紫外LEDの外部量子効率が目InGaN混晶半導体及びInGaN/GaNを受けて、2003年３月までの約５年間標値40％に対して24％まで向上。

量子井戸構造における発光機構を明らの計画で進めている。現在までに、外AlGaN/InGaNからなる多重量子かにすることを目的として、時間分解部量子効率24％の世界最高レベルの紫井戸（MQW）紫外LEDの特性が評発光分光及び選択励起発光分光の温度外発光を確認する等の成果を得ている。

価された。AlGaN障壁層の成長温度依存性の測定を行った。InGaN混晶

2000年度は、全体５か年計画のうちが上昇するにつれ、MQW層の表面半導体の励起スペクトル分光では、こ中間の年に当たることにより、産業構モフォロジーはステップフロー成長モれまでに報告のないInGaNの吸収構造審議会による中間評価が行われた。

ードによって形成されるステップを生造を低温から室温まで明瞭に観測し、その結果、「研究開発の重点化へ向けてじ、井戸と障壁層の界面は滑らかになストークスシフトの値に温度依存性がのテーマの絞り込み」「スケジュールのった。紫外LEDは室温で390nm（20ないことを明らかにした。

再検討」「外部成果の活用」及び「本プmA）に発光ピークをもち、順方向電また、発光スペクトル（PL）においロジェクト終了後の事業化へ向けての圧3.7V、光出力約1mWであった。て観測される本質的な２つの発光成分特許の出願及び市場調査の実施」等の提言を受けた。

２．研究開発の目的

紫外LEDにおいてバリア層への微に関しては、その発光に寄与するキャ量Si添加により発光出力が向上するこ

リアが同一の励起状態から緩和してきとが判明した。また、新規転位低減技たものであることを明らかにした。

術としてLEPS（Lateral Epitaxy on

その２つの発光成分に対するストー「国連気候変動枠組み条約締約国会

Patterned Substrate）法を考案し、クスシフトの値は、電子―光学フォノ議（COP３）」が、1997年12月京都にお転位密度低減の検討を行った。その結ン結合エネルギーと正孔―光学フォノ

いて開催され、この会議においてわが果、転位の低減及び紫外LEDの出力ン結合エネルギーの理論計算値とほぼ

国は温室効果ガスを６％削減すること向上に非常に有効な方法であることが一致していることから、ポーラロン効となり、産業及び民生の部門における確認され、フリップチップ構造のLED果が高効率な発光再結合過程に大きく省エネルギーの推進が喫緊の課題となにおいて、発光波長382nm、発光出力寄与していることを明らかにした。こった。

15.6mW、外部量子効率24％（20mA）

れは、組成ゆらぎの制御されたGaNを得た。

系紫外LEDの高効率発光機構を説明

わが国では、照明用エネルギーの消費量が民生用全体の約20％を占めるこArFレーザーを用いた光照射MOCVDとから、照明装置の省エネルギーへ向法によりGaNP系結晶薄膜及びGaN0.9P0.1

発光波長が同一で発光効率の異なるけての技術開発が極めて重要視されて/GaNのSQW（Single Quantum Well）

LED試料における発光寿命特性の違LEDを作製し、室温で425nmに青色いを評価し、発光効率とキャリアの局発光を観測した。

在状態との関係を調べた。この結果よいる。

し得る重要な成果と考えられる。

り、効率の高い試料においてキャリア擬閉管気相成長法の成がより深く局在し、非発光再結合中心長条件を最適化して、N2への遷移が抑制されていることを明らガスのマイクロ波放電方かにした。高空間分解能近接場プロー式において最大100μm/h

ブPLシステムを用い、InGaN/GaNの合成速度で結晶性の向量子井戸LEDの発光スペクトル面内上に必要な条件を得ると分布の評価を行い、発光強度の不均一ともに、高周波方式では分布が明らかにされた。活性層へのSi1mm/hまで可能であるドナー添加がデバイス特性に及ぼす影ことを実験的に確認し響を、InGaN/GaN量子井戸LED試た。さらに、サファイア料の逆バイアスPL、時間分解PL特性

基板10×4mm2の範囲でｃ軸に配向しから調べ、ドナー濃度の最適値が存在た緻密な膜状のGaN結晶の成長が確蛍光体変換方式のLED光源デバイすることがわかった。

認され、5mm角GaN基板上では表面ス構造として、反射型構造が高出力化

ホモエピタキシャル成長のための基荒れがなく、対称性のよい表面モフォにおいて有効であることを確認し、そ板開発

ロジーをもつ結晶を合成できた。の反射型モデル構造を提案した。青色

ラザフォード後方散乱分析装置（RBS）

２）応用器具の研究

白色LED照明用光源への応用研究

LEDとYAG蛍光体とを組み合わせた

成果：LED照明器具を試作し、「21蛍光体変換発光方式を採用して、光学圧力制御溶液成長（PC‐SG）法による世紀夢の技術展」等で展示。

シミュレーションを実施した。本シミ

GaN結晶成長において、窒素圧力の増

１）照明のための基本技術の研究ュレーション手法の活用が光学抑制及成果：溶液成長法により世界最大レベルの単結晶を得た。

び最適化設計に有効であることが実証

加速度がGaN単結晶の大きさ及び表面３原色蛍光体材料の量子効率の測定状態に及ぼす効果について検討し、種結方法、測定値にかかわる問題点を検証

2晶を用いない自然核成長により334mmした。緑色では１次モデルよりも高い

白色LEDに赤色及び緑色LEDを組（約21mm径相当）の単結晶を得た。

量子効率を示す蛍光体を見いだした。

み合わせて相関色温度変換技術についされた。

また、種結晶を用いた液相エピタキ

量子効率測定プロセスから求められるて検討を行った。さらに、照明用光源シャル成長を実施し、50mm径のサフ吸収率、量子効率、発光効率の特性デとしては演色性も重要な要因であるこァイア基板上において（1000）成長軸ータを活用しながら、赤色蛍光体の組成とから、その際の平均演色性評価数を有する47mm径のGaN結晶薄膜が改良の実験を進めた結果、発光効率が（Ra）についても調べた。３種類の得られた。ホモエピタキシャル成長に150％近くまで向上する予測が得られた。

LEDの分光分布を加法混色により検よりバンド端発光強度を大幅に改善し電極形成技術では、n型電極におい討した結果、電球色、温白色、白色、た。ラザフォード後方散乱分析（写真て、Ti/Alの構造を最適化することに昼白色、昼光色の各相関色条件がそれ参照）により、極性制御されたGaN−5より、反射率70％、接触抵抗率2×102ぞれ得られた。

エピタキシャル薄膜の最小イオン収率Ωcm を示した。一方、P型電極では、導光板の大量生産を視野に入れた設（χmin）
を評価し、結晶性が極めて高いRh、Pt系の電極材料を検討し、Ni/Ag計をするために、作製許容精度の観点ことを確認した。

よも低接触抵抗率な電極材料であるこをふまえた光利用効率の向上に関するとを確認した。

検証を実施した。具体的には、作製時

FACELO（Facet Controlled ELO：ファセット制御 ELOG）法により、光取り出し効率の向上に関しては、のばらつきが予想されるパラメータ

転位密度を10 cm 〜10 cm 台に低減

内部吸収（GaN層で伝播）していた（パターン形状の成形時のだれ、LED設できた。初期核密度を抑制し低転位の光を基板側に反射するために、半導体置位置等）と光利用効率等の相関関係

GaN下地結晶上にFACELO成長を、層エッチング端面を傾斜化することををシミュレーションにより算出し、それぞ{1122}FACELO、次いで{1120}FACELO提案した。白色LEDデバイスの開発れのパラメータの許容度を明確にした｡と２段に重畳して行うことにより、順に関し、蛍光体の塗布技術を検討し、照明用光源としてのLEDのメリッ次転位密度が低減した。FACELOでRGBモデル蛍光体の基本特性の評価

トを明確にすることを主眼に、LEDの低転位化メカニズムをTEM、SEMを行い、その結果をもとにRGB混合白色光源及びLED照明器具の将来の可能観察等により解明した。

蛍光体の混合シミュレーションを行った。

性を研究した。白色LEDを使用し、4−26−2

照明器具の試作を行った。
また、チップ型LEDの採用も検討し、器具の小型化及びその照明特性についても研究した。

うちの第４コーナーを回ろうとしてい４．おわりにる。中間評価の提言をふまえ、所期目

本計画はいま、計画された５年間の標の達成へ向けて走り切る所存である。

ANNOUNCEMENT

第４回スーパーメタルシンポジウムの お 知らせ
JRCMは 次世代金属･複合材料研究開発協会（RIMCOF）と共催で、第４回スーパーメタルシンポジウムを開催いた

概要：12月18日

10:00〜17:00

・招待講演「自動車の目指す方向と材料技術」
日産自動車㈱常務取締役総合研究所長 阿部栄一氏します。今年度は、本プロジェクトの最終年度に当たるた「21世紀の材料技術と社会」

め、平成12年度の研究開発成果のほかに、５年間の成果の総括も含めて講演が行われます。

技術評論家 星野芳郎氏

月日：平成13年12月18日 、19日

・総括報告 鉄系、アルミ系、ナノ、アモルファス

場所：国立オリンピック記念青少年総合センター

12月19日小田急線参宮橋駅、または地下鉄千代田線代々木公・鉄系分科会 9:00〜17:00 講演12件とパネルディスカッション

園駅下車

・アルミ系分科会 9:30〜17:00 講演10件と総合討議

参加費：￥20,000/人（ただし、賛助会員会社、大学、国立研究機関からの参加は無料)
連絡先：JRCM（TEL03‐3592‐1283〜4)

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第181号

・ナノ・アモルファス分科会 9:30〜16:55 講演16件
詳細については、JRCMホームページをご覧ください。
URL

http://www.jrcm.or.jp/

発 行
発行人
発行所

2001年11月１日
小島 彰
財団法人 金属系材料研究開発センター
105‐0003 東京都港区西新橋一丁目５番11号 第11東洋海事ビル6階

内容に関するご意見、ご質問はJRCM 総務課までお寄せください。
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本書の内容を無断で複写複製転載することを禁じます。

ＴＥＬ (03)3592‐1282(代)／ＦＡＸ（03)3592‐1285
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