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希土類添加半導体の秩序制御と高次発光機能の発現

Research Project

Project/Area Number 17042016
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

藤原 康文  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (10181421)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 寺井 慶和  大阪大学, 大学院工学研究科, 助手 (90360049)
斗内 政吉  大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (40207593)
市田 秀樹  大阪大学, 先端科学イノベーションセンター, 助手 (50379129)
Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Keywords秩序制御 / 高次発光機能 / 発光ダイナミクス / 局所構造制御 / 希土類元素 / 局所構造
Research Abstract

我々は過去数年間に渡り、III-V族半導体中で希土類元素を原子のレベルで操ることにより、新しい物性・機能を効果的に発現させるとともに、それらを有効に活用した新規デバイスを創出することを目指している。現在のところ、Er原子周辺局所構造がEr-20配置へ秩序制御されたEr,0共添加GaAs(GaAs:Er,0)を取り上げ、それを活性層とした電流注入型1.5μm帯Er発光ダイオードの室温動作に世界に先駆けて成功している。また、Er発光ダイナミクス測定から電流注入下でのEr励起断面積を見積り、活性層厚300nmにおいて1x10^<-15>cm^2という巨大な値を得ている。昨年度は、発光デバイス性能をより一層向上させる指針を得ることを目的に、GaAs:Er,0におけるポンプ・プローブ光反射率測定を行い、ピコ秒の時間軸で発現する特徴的な励起機構を明らかにした。また、光励起下でのEr発光特性の解析より、Er濃度に依存する非輻射プロセスを明らかにした。
今年度は、有機金属気相エピタキシャル法によりEr添加濃度が極めて低いGaAs:Er,0(1x10^<17>cm^<-3>程度)を作製し、Er発光特性や光励起キャリアダイナミクスの評価を通じて、Erイオンの励起および緩和過程に関する理解をより一層深めることを目指した。得られた知見は下記の通りである。
(1)77Kにおいてフォトルミネッセンス測定を行ったところ、すべての試料において、GaAsバンド端発光とEr-20発光の両方が観測された。また、それらの発光強度が作製時のEr流量(Er添加量)に依存して相補的に変化することを明らかにした。
(2)そのGaAs:Er,0を活性層としたGaInP/GaAs:Er,0/GaInPダブルヘテロレーザ構造を作製し、室温においてGaAsバンド端でのレーザ発振を観測した。また、その発振閾値電流はEr添加量とともに増大した。
(3)非平衡キャリアダイナミクスを調べるために、ポンプ・プローブ光透過率測定系を新たに構築した。Er添加特有の早い緩和成分を見出し、GaAs:Er,0においてより顕著であることを明らかにした。

Report

(2 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2006 2005

All Journal Article (11 results)

  • [Journal Article] Direct observation of trapping of photoexcited carriers in Er,O-codoped GaAs2006

    • Author(s)
      K.Nakamura
    • Journal Title

      Physica B 376-377

      Pages: 556-559

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Magnetic properties of Er,O-codoped GaAs at low temperature2006

    • Author(s)
      S.Takemoto
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (c) 3(12)

      Pages: 4082-4085

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoluminescence properties of Er,O-codoped GaAs grown by organometallic vapor phase epitaxy using Er(DPM)_32006

    • Author(s)
      K.Hidaka
    • Journal Title

      Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium

      Pages: 10-11

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Ultrafast relaxation process of photoexcited carriers in Er-doped GaAs2006

    • Author(s)
      S.Takemoto
    • Journal Title

      Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium

      Pages: 12-13

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen concentration dependence of Er optical excitation cross section in Er,O-codoped GaAs2006

    • Author(s)
      T.Tokuno
    • Journal Title

      Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium

      Pages: 14-15

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Direct observation of trapping of photoexcited carriers in Er,O-codoped GaAs2006

    • Author(s)
      K.Nakamura
    • Journal Title

      Physica B (印刷中)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Room-temperature operation of injection-type 1.5μm light-emitting diodes with Er,O-codoped GaAs2005

    • Author(s)
      Y.Fujiwara
    • Journal Title

      Materials Transactions 46(9)

      Pages: 1969-1974

    • NAID

      130004452877

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Behaviors of nonequilibrium carriers in Er,O-codoped GaAs for 1.5μm light-emitting devices with extremely stable wavelength2005

    • Author(s)
      Y.Fujiwara
    • Journal Title

      Materials Science Forum 512

      Pages: 159-164

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Nonequilibrium carrier dynamics studied in Er,O-codoped GaAs by pump-probe reflection technique2005

    • Author(s)
      Y.Fujiwara
    • Journal Title

      Materials Research Society Symposium Proceedings, Rare-Earth Doping for Optoelectronic Applications 866

      Pages: 79-83

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Pump and probe reflection study on photoexcited carrier dynamics in Er,O-codoped GaAs2005

    • Author(s)
      Y.Fujiwara
    • Journal Title

      Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings 772

      Pages: 139-140

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Terahertz radiation from Er,O-codoped GaAs surface2005

    • Author(s)
      M.Suzuki
    • Journal Title

      Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings 772

      Pages: 131-132

    • Related Report
      2005 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2018-03-28  

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