| 研究課題/領域番号 |
23KJ1422
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
岩谷 孟学 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-25 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2024年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2023年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 希土類添加半導体 / Eu添加GaN |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ユウロピウム(Eu)添加GaN (GaN:Eu)は、窒化物系半導体で高効率な赤色発光を実現しうる材料であり、LED動作は既に実証されている。次なるデバイス応用としてレーザダイオードへの展開が期待されるものの、本材料を用いたレーザ発振は未だ報告されていない、
本研究では、レーザ発振の実現に向けて、高い光閉じ込め効果を有するナノ光共振器を導入し、Euの発光効率を向上させる。さらに、Eu周辺の原子の配置を原子レベルで制御し、GaN:Euの光学利得を最大化する。
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| 研究実績の概要 |
今年度は主に、最終目的であるEu添加GaNからのレーザ発振に向けて、発光効率が高いEu発光中心の形成に取り組んだ。その結果、従来条件で作製されたEu添加GaNと比較して、弱励起下において最大で5.1倍のEu積分発光強度が得られた。
具体的には、Eu添加GaNを有機金属気相エピタキシャル法で成長した後に、1100℃程度の高温下で熱処理を行うことで、Eu周辺の原子配置が変化し、これによりEu発光中心が再構成されることがわかった。特に、自由キャリアの捕獲断面積とEuへのエネルギー輸送効率が高く、高効率なEu発光に寄与すると考えられている発光中心 (OMVPE7, OMVPE8) は、高温熱処理により、その存在比率が大きく増大することがわかり、これにより大きな発光増強が得られた。
さらに、詳細な光学特性評価を行った結果、これまでOMVPE-8の一部であると考えられてきた発光中心が、異なる発光中心であることを見出し (OMVPE-Xとした)、その存在比率が高温熱処理により一桁増加することを明らかにした。また、本発光中心は、OMVPE7やOMVPE8よりも明瞭に高い発光効率 (大きな自由キャリア捕獲断面積とEuへの高いエネルギー輸送効率) を有していることがわかり、Eu発光の高効率化に重要な発光中心であることを明らかにした。
今後の熱処理条件 (温度、時間、圧力等) の最適化により、高効率な発光中心をさらに選択的に形成できると期待される。
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