2023 Fiscal Year Research-status Report
希土類元素同時ドープ酸化物半導体を用いた高演色性白色ダイオードの創製
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22K04188
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
郭 其新 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (60243995)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 化合物半導体 / 希土類元素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高い演色性を持つ新しい高効率白色発光ダイオードの実現を目指し、ワイドギャップ酸化物半導体に同時ドープされた希土類元素の励起機構の解明を目的としている。具体的には、パルスレーザー堆積法を用いて赤・緑・青色発光を示す希土類元素Eu・ Er・ Tmを同時にドープしたGa2O3混晶膜の高品質成長技術を確立し、希土類原子周辺の局所構造、電子状態を解明する。また、シンクロトロン光による励起波長が可変なフォトルミネッセンス法を用いて、発光スペクトルと母体材料に取込まれた希土類原子の濃度、局所構造等との関係を明らかにし、希土類元素ドープ発光のエネルギー輸送機構を解明することにより、演色性に優れた高効率白色発光実現のための共ドープ元素の制御方法の確立を目指している。
令和５年度において、パルスレーザー堆積法を用いて、希土類元素ドープされた(AlGa)2O3薄膜を作製し、シンクロトロン光励起フォトルミネセンス法により評価した。得られた膜のバンドギャップは4.8～7.3eVの範囲内にあり、ターゲット内のAl濃度の変化によって制御可能であることが分かった。 Al 濃度の増加に伴い、膜のフォトルミネッセンス強度が増加することが観測され、バンドギャップの増加が希土類元素ドープ白色発光デバイスの発光効率向上につながる可能性が示唆された。これらの研究成果の一部は、国際論文誌ACS Applied Electronic Materials、Ceramics International、Japanese Journal of Applied Physicsに掲載された。また、The 12th Global Conference on Materials Science and Engineeringなどの国際会議において招待講演を行い、研究成果を発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定通り、希土類元素をドープした(AlGa)2O3薄膜の作製に成功し、シンクロトロン光励起フォトルミネセンス法を用いて得られた薄膜の発光強度のバンドギャップ依存性を明らかにした。研究はおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで得られたデータを基に、希土類元素Eu,ErおよびTm共ドープ酸化物半導体の結晶膜を、サファイア基板上にパルスレーザー堆積法を用いて最適な成長条件で作製する。その後、シンクロトロン光励起フォトルミネッセンス法等を利用して、得られた結晶膜の発光スペクトルにおける励起波長依存性や温度依存性などを明らかにし、希土類原子発光に関連するエネルギー輸送機構を解明する。研究成果は、国際会議で発表し、国際的に影響力のある学術論文誌に掲載する。
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| Causes of Carryover |
理由：パルスレーザー堆積実験装置のエキシマレーザー用のガス購入費用が予算に計上されたが、実際にはガスの交換が必要なかったため。
使用計画：サンプル作製には、エキシマレーザー用のガス、高純度酸素ガス、サファイア基板、基板洗浄用薬品、ターゲット及びガスケット等の真空部品が必要とされるため、これらは消耗品として購入する。さらに研究会議や成果発表のための旅費や論文投稿料として使用する。
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