2021 Fiscal Year Annual Research Report
Lanthanoid doped GaN quantum sensors electrically operated at room temperature
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18H01483
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 真一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創成研究センター, 主幹研究員 (40446414)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 智朗 法政大学, イオンビーム工学研究所, 教授 (80388149)
出来 真斗 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80757386)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム半導体 / ランタノイド / 量子センシング / 発光ダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、ナノスケール領域にプラセオジム(Pr)イオン注入したGaNエピ膜に横型ショットキーバリアダイオード構造を作製し、エレクトロルミネセンス(EL)発光の観測に挑戦した。また、AlGaN/GaNエピ膜上に高電子移動度トランジスタ(HEMT)構造を形成し、同様にPrのEL発光計測に挑戦した。どちらのデバイスも、良好な電流・電圧特性が得られたが、Prイオン注入した領域は高温熱処理後も高抵抗化しており、Prの電子衝突励起に必要なだけの電界強度が得られず、EL観測には至らなかった。また、デバイス構造上、EL発光には不要な電流が流れ、それによる発熱の影響が無視できないことから、Pr注入領域に適切に電界が印加され、不要な電流を排除するような設計が必要であるとわかった。
一方、イオン注入したPrのフォトルミネセンススペクトル(PL)の変化からナノスケール領域の温度が計測できることを昨年度見出したことから、今年度は実デバイス中の動作中の温度検出を試みたところ、温度変化に伴うスペクトルの変化を検出することができた。
ランタノイド量子センサ－の実現にあたっては、イオン注入したランタノイドの高効率活性化が不可欠であるが、さらなる高効率活性化のため、ポーランド科学アカデミーの協力を得て、Pr/Ndイオン注入後の超高温高圧アニール（最高1480℃）を実施した。その結果、イオン注入による照射損傷は高温になるほど回復が進むが、ランタノイドの光学的活性はそれ以下の温度で飽和することがわかった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Infrared erbium photoluminescence enhancement in silicon carbide nano-pillars2021
Author(s)
R. A. Parker, N. Dontschuk, S.-I. Sato, C. T.-K. Lew, P. Reineck, A. Nadarajah, T. Ohshima, B. C. Gibson, S. Castelletto, J. C. McCallum, B. C. Johnson
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Journal Title
Journal of Applied Physics
Volume: 130(14)
Pages: 145101
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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