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LED 化合物半導体 書籍

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◎LED、青色半導体レーザ開発のための欠陥、劣化の対策と高信頼化技術とは?
◎窒化物系発光素子を中心に結晶成長から加工、周辺部材や応用までを網羅!


化合物半導体の最新技術 大全集

〜結晶成長から発光素子を中心に〜


The Complete Works /The latest technology of Compound semiconductor

■発刊 2007年4月27日   ■体裁:B5判 上製本 497頁  ■定価 84,000円(税抜)


■ 推薦の言葉
 本書の最大の特徴はその幅広い内容にあるだろう。そうそうたる執筆者の顔ぶれに、まず内容の充実具合を感じさせた。

 化合物半導体はヒ素リン系の機能デバイスの成功を基に、最近では窒化物にも期待が寄せられている事は周知の通りである。窒化物半導体はそのバンドギャップが可視光範囲を完全にカバーするため、照明への応用が期待されている。現在の最大の問題点は良質大口径の基板の欠如である。第1章の窒化物のイントロダクションに続き、第2章において多大なページを割いて大口径基板技術を成熟させる事の大切さが各種材料を例に議論されている。結晶成長の進歩は装置技術の進化である事が分かる。第3章では窒化物の発光デバイスを深く議論している。固体照明として効率向上の飽くなき追及が見て取れる。深紫外から赤外まで広い発光波長を実現するための数々のアイディアや、 成熟し始めた青色発光ではコストダウンに対する技術的追求など立体的な研究が行われている様子が伝えられている。第4章では窒化物の短所を補うべくII-VI属の研究努力に触れている。第5章で白色LEDを議論している。白色LEDは 蛍光体と組み合わされた複合発光デバイスであり、さらには一般照明に応用 するにあたり熱対策のためのパッケージ技術など、アセンブリとして開発が進んでいる様子が見て取れる。これは第6章の応用技術の議論と相まって、今後の応用の広い展開を期待させる。我々の生活がLEDに囲まれる日も近いのではないか。第7章でエッチング技術に触れているのは、結晶加工の技術はデバイス作成技術そのものであり、特に窒化物ではウェットエッチングが使えないため、軽視することのできない点である。第8章では視点を変え、直接接する機会の少ないアジア市場の状況を伝えている点はユニークである。

 以上のように、本書は最新の技術を豊富な内容とともにをあますところなく伝えている。進展の速いこの分野の現状を研究戦略マネージメントのために広く捕らえるためだけでなく、特定の技術分野に従事されている方々、さらにはこれから深く知ろうという方々にも読んでいただきたい書である。


                         カリフォルニア大学 サンタバーバラ校 教授 中村 修二
■ 執筆者

徳島大学
三重大学
日本ガイシ(株)
日本ガイシ(株)
(株)リコー
(株)信光社
(株)信光社
太陽日酸(株)
昭和電工(株)
昭和電工(株)
日本軽金属(株)
東北大学
東北大学
(株)福田結晶技術研究所
(株)福田結晶技術研究所
新日本製鐵(株)
東京電機大学
東京電機大学
名古屋工業大学
サンケン電気(株)
サンケン電気(株)
Philips Lumileds Lighting
理化学研究所
日本電信電話(株)
日本電信電話(株)
日本電信電話(株)

酒井 士郎
平松 和政
柴田 智彦
田中 光浩
皿山 正二
米澤 卓三
望月 圭介
松本 功
岩崎 晃嗣
青山 浩一郎
大平 重男
一色 実
王吉 豊
福田 承生
三川 豊
大谷 昇
六倉 信喜
篠田 宏之
江川 孝志
大塚 康二
野口 裕司
渡辺 智
平山 秀樹
谷保 芳孝
嘉数 誠
牧本 俊樹

カリフォルニア大学
千葉大学
千葉大学
上智大学
上智大学
(株)日鉱金属
佐賀大学
佐賀大学
佐賀大学
東北大学
ローム(株)
(株)東京化学研究所
サンユレック(株)
サンユレック(株)
サンユレック(株)
京セラ(株)
(株)日立製作所
三洋電機(株)
(株)テクノローグ
スタンレー電気(株)
サムコ(株)
東京工業大学
Seoul Optodevice Co.,Ltd

増井 久志
吉川 明彦
崔 成伯
岸野 克巳
菊池 昭彦
朝日 聰明
小川 博司
西尾 光弘
田中 徹
川崎 雅司
中原 健
岡本 慎二
奥野 敦史
宮脇 芳照
大山 紀隆
中山 信義
中塚 慎一
庄野 昌幸
河本 康太郎
佐藤 孝
平本 道広
松谷 晃宏Hyungsoo Yoon

≪企画協力≫
カリフォルニア大学 増井 久志
■ 目 次
第1章 化合物半導の最新技術動向

第1節 化合物半導体のバルクおよびエピタキシャル成長
1.シリコン上GaAs とサファイア上GaN の比較
2.GaNのバルク結晶
3.SiN をマスクとしたサファイア上GaN
4.GaNPをバッファ層としたGaN
5.波長365−375nm LED

第2節窒化物半導体の物性向上へ向けた最新技術
1.はじめに
2.窒化物半導体の物性的特徴
3.窒化物半導体を用いた発光デバイスの現状
4.窒化物半導体の最新技術動向
  4-1 発光デバイスの高効率化技術
  4-2 エピタキシャル成長技術
   4-2-1 LEDの高光度化、高出力化
   4-2-2 短波長発光デバイス用材料(AlN, AlGaN)
   4-2-3 長波長発光デバイス用材料(InN, InGaN, InAlN)
  4-3 バルク結晶成長技術
   4-3-1 GaNバルク単結晶の現状と課題
   4-3-2 AlN, AlGaNバルク単結晶への期待
5. まとめ 

第2章 発光素子用基板の大口径化と加工

第1節 気相法による単結晶窒化アルミニウム(AlN)膜の作製と評価
1. はじめに
2. C面単結晶AlN膜
  2-1 緒言
  2-2 C面単結晶AlN膜の品質
  2-3 単結晶AlN膜の基板としての応用 -GaN下地層として-
  2-4 単結晶AlN膜の基板としての応用 -AlGaN下地層として-
3.A面単結晶AlN膜
  3-1 緒言
  3-2 A面単結晶AlN膜の品質

第2節 フラックス法による高品質窒化ガリウム結晶成長法
1.背景
 1-1 ニーズ
 1-2 バルクGaN結晶成長方法
2.フラックス法によるGaN結晶の成長メカニズム
3.フラックス法によるGaN結晶成長方法
  3-1 閉管法
  3-2 窒素外部導入法
4.フラックス法GaN結晶の成長モード
  4-1 多核成長
   4-1-1 モフォロジーの成長条件依存性
   4-1-2 坩堝サイズ効果
   4-1-3 結晶性
  4-2 種結晶成長
   4-2-1 バルク種結晶成長
   4-2-2 エピタキシャル成長
5.その他
  5-1 Na以外のフラックス
  5-2 Na蒸気供給法
6.まとめと今後の課題  

第3節サファイア単結晶の育成と応用
1. サファイア単結晶とその結晶構造
2.サファイア単結晶の特長と応用
3.サファイア単結晶の製造方法
  3-1 ベルヌーイ法
  3-2 チョクラルスキ(CZ)法
  3-3 EFG法
  3-4 熱交換法(HEM)
  3-5 キロプロス法
4.サファイア単結晶基板
  4-1 サファイアの結晶性
  4-2 基板表面の品質
5. おわりに

第4節 高品質GaN発光デバイス用MOVPE装置の技術動向
1. はじめに
2. 寄生反応とその問題
3. 気相反応を制御した3層流ガス導入装置

第5節 大口径InP単結晶育成法と転位密度低減技術
1.V-X族化合物半導体結晶育成法
2.LEC法による大口径InP結晶の育成
 2-1 LEC法によるInPの育成
 2-2 低転位密度化と温度勾配
 2-3 大口径化に伴う問題点
 2-4 HW-LEC(Hot Wall LEC)法
3.VGF法による大口径InP単結晶の育成
 3-1 ボート法の開発
 3-2 同一口径VGF法
 3-3 リネージの発生と対策

第6節 光FZ法による酸化ガリウム単結晶の育成法と応用
1.光FZ法によるβ-Ga2O3単結晶の育成とその特性
  1-1 Ga2O3の特徴
  1-2 光FZ法によるβ-Ga2O3単結晶の育成
  1-3 光FZ法で育成したβ-Ga2O3単結晶の各種特性
2.β-Ga2O3単結晶のGaN膜成長用基板への応用
  2-1 基板の前処理
  2-2 β-Ga2O3単結晶基板の窒化処理
  2-3 窒化したβ-Ga2O3単結晶基板上へのRF-MBE法によるc-GaN膜成長
3.まとめと今後の展望

第7節 気相成長法によるZnO・ZnSe単結晶成長技術と評価
1.序 論
2.ZnOおよびZnSeの基礎物性と相図
3.結晶成長法
  3-1 化学気相輸送法
  3-2 昇華法
4.気相成長法によるZnOおよびZnSe単結晶の成長と評価
  4-1 CVT法によるZnO単結晶の成長と評価
  4-2 CVTとPVT法によるZnSe単結晶の成長と評価
   4-2-1 CVT法によるZnSe単結晶の成長
   4-2-2 PVT法によるZnSe単結晶の成長と評価
5.結言

第8節 水熱法によるZnO単結晶製造技術
1.国内外のZnOバルク単結晶の開発状況
2.水熱法によるZnO単結晶育成技術
 2ー1 水熱法の歴史
 2ー2 育成装置
 2ー2 育成原理
 2ー3 育成条件
   @育成域温度
   A炉内の温度差
   B溶媒の充填率
   C鉱化剤の種類、濃度
   D原料の純度およびその形状、粒径
   Eバッフル板の形状、開口率
   F種結晶の方位
3.水熱法ZnO結晶評価

第9節 SiC単結晶成長技術の進展とその応用
1. SiC単結晶のデバイス応用
2.SiC単結晶のバルク成長(改良レーリー法)
 2-1 熱の発生・伝達(誘導加熱、熱伝導、熱輻射、熱対流)
 2-2 物質の移動(多元粒子系(Si、SiC2、Si2C他)の拡散、対流、ステファン流)
 2-3 化学反応
  (原料-昇華ガス界面、昇華ガス-坩堝壁界面、昇華ガス-成長結晶界面、気相)
3.SiC単結晶の多形現象
4.SiC単結晶の基板化加工
5.SiC単結晶のホモエピタキシャル薄膜成長
6.SiC単結晶の電気特性制御
7.SiCバルク単結晶中の転位欠陥

第3章 V−X族化合物半導体の技術動向 

第1節 スパッタリングによるIII族窒化物半導体単結晶膜の成膜法
1.成膜方法と膜質の評価法
2.単結晶膜の成長とその評価
  2ー1 GaN
  2ー2 SiドープGaN
  2ー3 InN
  2ー4 AlGaN,InGaN

第2節 Si基板上への窒化物(GaN)単結晶薄膜の作製法と応用 
1.GaN層ヘテロエピタキシャル成長
2.Si基板上InGaN LED構造
3.Si基板上AlGaN/GaN HEMT構造

第3節 シリコン基板を用いたGaN系青色LEDの開発 
1.シリコン基板上にクラックフリーGaNを実現したAlN/GaN多層緩衝層
  1-1 シリコン基板上にGaN成長
  1-2 応力緩和機構に関する検討
2.Si基板上に作製した青色LED特性
3.パワーLED
4.シリコン基板の特徴を活かした保護ダイオード内蔵LED

第4節 InGaN系LEDs
1.可視光LED効率
2.InGaN系LED内部量子効率
  2-1 貫通転位の影響
  2-2 緑色LEDの結晶成長における問題点
  2-3 分極電界の影響
  2-4 効率曲線
3.InGaN系LED素子技術
  3-1 従来構造
  3-2 フリップチップ(Flip-Chip : FC)構造
  3-3 薄膜LED構造

第5節 InAlGaN4元混晶を用いた高効率・短波長紫外LEDの開発 
1.はじめに
2.紫外LED高効率化・短波長化の問題点と解決策
3.高品質AlN/AlGaNテンプレートの実現
4.InAlGaN4元混晶量子井戸からの高効率紫外発光の実現
5.InAlGaN4元混晶を用いた310-350nm帯紫外LED
6.まとめ

第6節 AlN遠紫外発光ダイオードの現状と課題
1.AlN発光デバイスへの期待
2.AlNの結晶成長
3.pnドーピング制御
  3-1 n型ドーピング
  3-2 p型ドーピング
4.AlN発光ダイオード
5.今後の課題と展望

第7節 SiC基板上に作製した深紫外発光ダイオード 

第8節 InN系光デバイス応用
      に向けたエピタキシー制御とナノ構造制御の技術動向 
1.はじめに
2.InNのその場観察分子線エピタキシー制御と高品質化
3.高In組成InGaNとInAlN混晶のエピタキシャル成長
4.デバイス応用にむけたInNをベースとした量子井戸構造とナノ構造作製
 4-1 InN/GaN単一量子井戸構造及びInN/In0.7Ga0.3N多重量子井戸構造
 4-2 格子緩和の問題を回避したInNナノ構造〜InN量子ドット〜
 4-3 格子緩和の問題を回避したInNナノ構造〜1分子層InN/GaN量子井戸構造の作製〜

第9節 ナノコラムLED
1.はじめに
2.GaNナノコラム自己形成
  2-1 成長プロセス
  2-2 Si基板上のGaNナノコラム
3.GaNナノコラムの光励起発光特性
  3-1 フォトルミネッセンス特性
  3-2 高密度光励起による誘導放出
  3-3 InGaN/GaN多重量子ディスクナノコラムの発光特性
4.InGaN/GaNナノコラムLED
  4-1 シャンペングラス型InGaNナノコラムLEDの構造
  4-2 デバイス特性
5.おわりに

第10節 無極性面及び半極性面へ作製したInGaN系発光ダイオード

第4章 U−Y族化合物半導体の技術動向

第1節 ZnTe単結晶成長と応用分野の技術動向
1.ZnTeの物理的性質
2.結晶成長
  2-1 溶液ブリッジマン法
  2-2 液体封止縦型グラジエントフリーズ法(LE-VGF法)
  2-3 液体封止キロポーラス法(LEK法)
  2-4 液体封止2重ルツボ引上げ法(LE-DCP法)
3.キャリア濃度の制御
4.結晶評価
5.ウェハーアニール
6.ZnTe結晶の応用
  6-1 光デバイス
  6-2 EOデバイス

第2節 ZnTeを用いた高輝度純緑色発光素子の技術動向
1.ZnTe発光素子の基本特性
2.熱拡散後のAl濃度の深さ分布と拡散メカニズムについて
3.Al拡散層のフォトルミネッセンスと発光素子のエレクトロルミネッセンス
4.表面処理による発光素子の特性改善

第3節 ZnO(酸化亜鉛)による発光ダイオードの開発動向
1.紫外LEDの必要性
  1-1 窒化ガリウム(GaN)ベース白色LEDの現状
  1-2 照明用途に向けての障害
  1-3 抜本的な解決策:紫外LED
2.ZnOとGaNの比較
3.ZnO-LEDに向けての要素技術開発状況
  3-1 バンドギャップエンジニアリング
  3-2 P型ZnO
   3-2-1 窒素ドーピングのジレンマ
   3-2-2 窒素ドーピングのジレンマの解決
4.量産化へ向けての技術開発
  4-1 成長方法と基板の選定
  4-2 ホモエピ成長と面方位
5.今後の展望

第5章 白色発光ダイオードの関連技術 

第1節 白色発光ダイオードに関連する評価数値
1.二種類の白色光源
2.白色LEDに関する単位系

第2節 白色LED
1.白色LED構成方法
2.高品質白色LED
3.高出力LEDパッケージ技術
4.白色LEDの応用

第3節 LED用蛍光体材料の設計と発光特性
1.希土類元素の光物性
2.LED用蛍光体の開発方向
3.各色蛍光体の特性
  3-1 青色蛍光体
  3-2 緑-黄色蛍光体
  3-3 赤色蛍光体
   3-3-1 CTS吸収・4f-4f遷移発光
   3-3-2 4f-5d遷移帯吸収・発光
   3-3-3 4f-4f遷移励起・発光
   3-3-4 イオン間のエネルギー伝達を利用
4. LED励起用蛍光体の使用形態に関する研究開発動向

第4節 白色LED用樹脂とLEDパッケージの最新技術
1.はじめに
2.白色用封止樹脂の開発
  2-1 輝度劣化試験
  2-2 透明性の改善
3.封止方法
4.結 論

第5節白色LED用パッケージ技術 
1.高輝度LED用セラミックパッケージ
2.多層セラミック技術を使ったセラミックパッケージ(多層セラミックパッケージ)
  2-1 多層セラミックパッケージの製造工程
  2-2 反射率向上への取り組み
  2-3 高発熱材料の採用と熱解析シミュレーション
  2-4 実装効率化への取り組み
3.薄膜メタライズ技術を使ったセラミックパッケージ(薄膜メタライズパッケージ)
  3-1 反射率改善の取り組み
  3-2 低熱抵抗への取り組み
4.終わりに

第6章 発光素子の応用技術

第1節 電子写真用半導体レーザアレイの開発
1.レーザプリンタの高速高精細化と半導体レーザ
2.赤色半導体レーザアレイの開発
  2-1 素子構造と作製方法
  2-2 ドループ特性の検討
  2-3 半導体レーザの温度分布と熱抵抗
  2-4 素子特性

第2節 次世代DVDシステム用高出力青紫色レーザの開発
1.記録型光ディスクシステムと半導体レーザの高出力化、ビーム近円化
  1-1 高速記録・多層記録システムとディスク盤面光強度の関係
  1-2 半導体レーザの高出力化とビーム近円化
2.青紫色レーザの高出力化とビーム近円化
 2-1 青紫色レーザの高出力化
 2-2 青紫色レーザのビーム近円化
3.高出力青紫色レーザの特性
 3-1 素子作製工程
 3-2 素子特性

第3節 LEDの照明への応用
1.LEDの照明への展開−真空システム光源から固体素子光源へ
2.人間社会における照明の重要性
  2-1 照明の基本要素としての光の機能とやくわり
  2-2 照明工学の発達
3.LED光源とその特長
  3-1 LED光源発達の経過
  3-2 LED光源の構造
  3-3 真空システム光源と固体素子光源の比較
4.LED光源の一般照明への展開と要検討点
  4-1 LED光源を照明用に使用する場合の諸問題
  4-2 光源色の多様化に関連する諸問題
5.照明器具設計上の諸問題
  5-1 光源素子の集合化(integrating)の問題
  5-2 点灯回路の問題
  5-3 光源素子分散化(digitalizing)の問題
  5-4 多機能化(bit 数の増大)に関連する問題
6.LED光源からの光の人体への安全性
  6-1 光の安全性
  6-2 光源からの光の安全性評価のための国際規格制定
  6-3 LED光源の安全性評価
7.LEDの照明分野への応用の今後

第4節 自動車におけるLEDの応用例
1.外装におけるLED
  1-1 歴史
  1-2 近年の動向
  1-3 新しい応用例
   1-3-1 黄色LED
   1-3-2 赤外LED
   1-3-3 白色LED
2.内装におけるLED
  2-1 表示用としてのLED
  2-2 照明用としてのLED
3.LEDヘッドランプ
  3-1 ヘッドランプの要件
   3-1-1 使用環境
   3-1-2 各国法規
   3-1-3 配光要件
  3-2 LEDヘッドランプの構成要素
   3-2-1 光源
    3-2-1-1 光束
    3-2-1-2 光源の形状
    3-2-1-3 発光色
  3-2-2 光学系
  3-2-3 点灯回路
  3-2-4 熱マネジメント
  3-3 今後の開発課題
   3-3-1 発光効率の向上
   3-3-2 発光色の改良
   3-3-3 コスト低減

第7章 化合物半導体のプラズマエッチング技術

1.化合物半導体プラズマエッチング装置
 1-1 プラズマエッチングとは
 1ー2  CCP-RIE(Capacitive Coupled Plasma:
     容量結合型(平行平板型)‐Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)
 1-3 誘導結合型プラズマエッチング装置
2.化合物半導体プラズマエッチングの概論
 2-1 化合物半導体プラズマエッチングの化学
 2-2 アルミ混晶の材料に対するエッチング
 2-3 添加ガスの効果
  2-3-1 GaAs/AlGaAs等速エッチング
  2-3-2 GaAs/AlGaAs選択エッチング
3.化合物半導体プラズマエッチングの最新研究
 3-1 Cl2-Xeによる垂直平滑加工
 3-2 エッチングプラズマの質量分析と発光分光分析
  3-2-1 四重極質量分析器によるエッチングプラズマの質量分析
  3-2-2 エッチングプラズマの発光分光分析
 3-3 エッチングガスの質量効果
 3-4 ヨウ化水素を用いたInPの低温ドライエッチング
4.微細加工の目的によるプロセス条件の選択
 4-1 プロセス選択のコンセプト
 4-2 ビアホール、素子分離等の高速エッチング
 4-3 レーザーダイオード、フォトニック結晶等の異方性エッチング
 4-4 HEMTなどのリセスエッチング
 4-5 GaNのエッチング
5.プラズマエッチングに関連した周辺トピックス
 5-1 ヘテロ界面でのエンドポイント検出
 5-2 プラズマ反応室のクリーニング

第8章 アジアのLED市場

1.LCD パネル用白色LED
2.韓国、台湾の会社の浮上
3.特許、有效期間
4.新規市場、保護
5.2培の光出力
6.¥1/lm 可能性
7.追撃している台湾
 7-1 携帯電話市場
 7-2 LCD TV市場
 7-3 自動車 市場
 7-4 Channel Lighting
 7-5 特殊光源市場

 

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