2014 Fiscal Year Research-status Report
窒化物半導体中の希土類イオンの局所構造制御と発光デバイス応用に関する研究
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26420271
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
関口 寛人 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580599)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 希土類添加窒化物半導体 / Euイオン / GaN |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Eu添加窒化物半導体は超狭線幅・発光波長の温度安定性などの優れた発光特性を示し，高温動作においても安定で高効率な発光デバイスの実現が期待できる。結晶中のEuイオンを効率よく発光に寄与させるため，これまでに見出してきたMg共添加効果を基礎に，母材の検討や表面状態制御による局所構造制御の可能性の検討を進めている。まずは母材について，従来のGaNよりもワイドギャップであるAlGaNを用い発光特性への影響について調べたところ，発光サイトの制御はできなかったものの，励起パスを有するEuイオン数の増加させる傾向があることを示した。また表面状態制御に向けて，Ga/Nの供給比による表面モフォロジーやEuイオンの取り込み効率，発光特性への影響について調べ，N供給比の増加が表面の平坦性悪化，Euイオン濃度の増大，低励起断面積をもつ発光サイト数の増加を引き起こすことを明らかにした。
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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
発光効率の飛躍的な向上に向けて，ワイドギャップ半導体であるAlGaNの活用と従来技術のMg共添加効果を組み合わせることで，励起パスを有するEuイオン数の増大に寄与しうる結果を得ている。Euイオン周囲の局所構造制御に向けて重要な表面の平坦性の制御についても，成長温度，Ga/N供給比を制御することでその傾向を明らかにし，RMS1nm以下の平坦な表面を得ることに成功している。更に，結晶欠陥(特に貫通転位)がEuイオンの発光特性に与える影響をカソードルミネッセンスにより評価したところ，暗点は観測されず，貫通転位が発光特性に影響を与えづらいことを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
Euイオン周囲の局所構造の究極的な制御に向けて精密な表面モフォロジー制御を行うため，MBE法においてシャッター制御法を用い結晶中表面の状態を制御し，Euイオンの発光特性や取り込み効率への影響を明らかにする。またMg共添加や表面モフォロジー制御により変化しうるEuイオン周囲の局所構造の変化を直接的に調べるためEXAFS測定を行い，Euイオン周囲の配位数や原子間距離，隣接原子などの結晶構造を明らかにする。
デバイスとしての性能を向上させるため，AlGaN層をバリアとしてダブルヘテロ構造や量子井戸構造の作製を試みて，エネルギー輸送効率や発光効率の特性向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
これまでに使用していたMBE装置の状態が悪化し安定した成長が行えなくなったため，これまで別用途で使用していたMBE装置を希土類添加窒化物半導体用に改造し，研究を進めている。新しく立ち上げたMBE装置で当初計画のシャッター制御機構を設けるために，シャッター機構を購入したが，当初予定したシステムと仕様が異なるため，予算に使用に変更があった。ただし，改造途中ですべての立ち上げが終了していないため，今年度残りの分を立ち上げることになる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新しく立ち上げたMBE装置においてシャッター機構の全ての立ち上げを終えていないため，昨年度使用しなかった予算はここに充当する。
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