2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control of Localized Structure around Eu Ion in Nitride Semiconductor and its Application to Optical Device
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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 | 希土類元素 / 窒化物半導体 / ユーロピウム / GaN |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①高効率発光を目指した窒素源の選択
Mg共添加法による発光効率改善メカニズムの解明に向けて，窒素源がMg共添加法に与える影響について調査を行った。アンモニアを窒素源とした場合にはMg濃度1x10^18cm^3において発光強度が20倍以上に増加されたが，窒素プラズマ源を用いた場合にはいずれのMg濃度でも発光強度の増加が見られなかった。PL-PLEマッピング法を用いて双方の試料の発光サイトを調べたところ，構成される発光サイトが大きく異なっており，窒素源の種類が発光サイト形成に強い影響を与えることを示唆する結果を得た。
②Eu添加GaN層を用いたナノコラムLEDの作製
n型Si(111)基板上にn型GaNナノコラム，Eu組成1%のGaEuNナノコラム活性層を成長し，最後に表面で連続膜化する条件でp型GaN層を成長させた。電気特性を調べたところ，立ち上がり電圧3.6Vの整流性が観測され，希土類イオンに起因した半値幅7nm以下の極めてシャープな赤色発光が観測された。ピーク波長の電流依存性を1mAから20mAの範囲で調べたところ，発光波長シフトは0.2nm以下であり， InGaN系LEDと比較して2桁近く波長安定性が高いことが示された。
③InGaN:Eu/GaN量子井戸ナノコラムの作製
Tiマスク選択成長法を用いてGaNテンプレート基板上に規則的に配列したGaNナノコラムを形成した後，InGaN:Eu/GaN(5/10nm)量子井戸を10ペア成長させた。直径は130-300nmの範囲で精密に制御された。発光特性を調べると，いずれのパターンからもEuイオンを起因とするシャープな発光ピークが620nm付近に観測された。また発光ピークや発光効率とナノコラム直径との間に相関関係が得られつつあり，ナノコラムのサイズ制御や形状制御が発光サイト制御に有効である可能性を示唆した。
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