希土類イオン添加III-V族化合物半導体の発光機構とキャリア注入発光素子

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650022
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 植草 新一郎 明治大学, 理工学部, 教授 (10061970)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 皓永 明治大学, 理工学部, 助手 (50062005) ; 岡 栄一 明治大学, 理工学部, 教授 (00061953) ; 冨澤 一隆 明治大学, 理工学部, 教授 (80110980)
• Keywords: 希土類 / III-IV族半導体 / ルミネッセンス / エネルギー伝達 / ELデバイス / 発光ダイオード / レーザーダイオード

Research Abstract

III-IV族化合物半導体を母体とした希土類添加高輝度発光素子の実現のために、母体材料や製作方法を変えて縦型LPE法で製作した試料との比較検討を進めた。また、適切な希土類化合物や高純度化した希土類を用いると共にイオンインプランテーションなどの不純物制御技術を利用して、フォトルミネッセンス(PL)やエレクトロルミネッセンス(EL)の発光特性を測定し、母体の欠陥との関連の調べ、励起発光機構を明らかにした。さらに、比較のために母体にIV半導体であるSiも用いた。以下に得られた知見を示す。
1.LPE法で製作したInP:YbではYb^<3+>の波長1μmの発光が得られたが、GaAs母体においてはGaAs:YbPなどの化合物で製作する必要がある。この1μmの発光寿命時間は約13μsecであり、Yb^<3+>による発光であることが確認された。
2.熱拡散法で製作したInP:Yb,GaAs:Erでは希土類の発光は得られなかった。しかし、Si:ErではErの発光が得られたが、製作方法に強く依存した。
3.非熱平衡状態で不純物の導入ができるイオンインプランテーション技術を用いて、PLの発光特性を高めた。また、Inp:Ybでは励起発光機構を明らかにすると共に、母体の欠陥との関連も理解でき得るようになった。
(1)PL、ラマン散乱およびPLEスペクトルのアニール処理依存性を調べた結果、Yb^<3+>の発光と母体結晶の回復度に深い関連があることが判明した。
(2)InPの欠陥順位からYbへのエネルギー伝達効率が非常に高いことが明らかになった。
(3)Ybの発光特性は注入エネルギーには依存せず、ほぼ同一な傾向を示したが、その原因はYbの質量が極めて大きいためと考えられる。
(4)励起発光機構を明らかにした。

Research Products

• [Publications] S. UEKUSA: "OPTICAL AND ELECTRICAL PROPERTIES OF GaAs:YbF_3 AND GaAs:YbP EPITAXIAL LAYERS" PROCEEDINGS OF THE SIXTH INTERNATIONAL WORK SHOP ON ELECTROLUMINESCENCE.416-420 (1992)
• [Publications] S. UEKUSA: "OPTICAL ACTIVITY OF Yb^<3+> IN MeV 10N-IMPLANKED InP." Materials Research Society. Meeting. Spring. (1993)
• [Publications] A. Majima: "OPTICAL DIRECT AND INDIRECT EXCITATION OF Er^<3+> IONS IN SILICON" Materials Research Society. Meeting Spring.(1993)
• [Publications] 野寄 佳成: "イオン注入したInP:YbのPL特性への熱処理効果." 応用物理学会予稿集 (秋). 1083 (1992)
• [Publications] 勝俣 裕: "MeV イオン注入によるInp:Ybの励起・発光スペクトル." 応用物理学会 予稿集 (春). (1993)
• [Publications] 大竹 健一郎: "ErイオンをMeVイオン注入したSiの発光スペクトル." 応用物理学会 予稿集 (春). (1993)