青色発光ダイオードの実現とノーベル賞

—窒化ガリウム単結晶の成長が鍵—

抄録

非常に明るい白色光源は，青色発光ダイオード（青色LED）の青色光とそれによって励起された蛍光体の黄色光の合成による。青色LEDは窒化ガリウム（GaN）を主成分とする単結晶で作られているが，このGaNの高品質結晶の成長は困難を極めた。最大の問題は，サファイアを基板として用いざるを得なかったことである。サファイアとGaNは結晶形が同じで1000 °Cの高温でもアンモニアや水素雰囲気といった過酷な条件に耐えられる。しかし，両者の格子定数は大きく異なり，凹凸の激しい多結晶しかできなかった。これを解決したのが，窒化アルミニウム（AlN）低温緩衝層の導入であった。この上のGaNは初期には微結晶であるが，成長とともに隙間を埋めていき，全面を覆う平坦で方位の揃った単結晶となる。これが後に続くpn接合や青色LEDの始まりである。