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

• 研究課題/領域番号: 26420271
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: GaN / Euイオン / 希土類元素 / 発光サイト / 窒化物半導体 / LED / ユーロピウム / 希土類添加半導体 / 希土類添加窒化物半導体

研究成果の概要

Eu添加GaNは超狭線幅・発光波長の温度安定性の特徴を有する発光デバイスへの応用が期待できる。本研究では，本材料の発光効率の改善に向けて，(1)母材の検討，(2)Mg共添加による発光強度増大メカニズムの解明，(3)高濃度Eu添加GaNナノコラム結晶の成長，(4)ナノコラムLEDの作製，(5)規則配列InGaN:Eu/GaN QWナノコラムの作製に取り組んだ。我々は励起断面積の高い発光サイトの優先的形成，窒素源選択の重要性を明らかにし，またAlGaNによる光学的活性化，ナノコラムによる濃度消光の抑制，ナノコラムLEDからのシャープな発光の観測，形状制御による発光特性制御に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Stable-wavelength operation of europium-doped GaN nanocolumn light-emitting diodes grown by rf-plasma-assisted molecular beam epitaxy (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sekiguchi, T. Imanishi, R. Matsuzaki, K. Ozaki, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
  • 雑誌名: Elctronics Letters 巻: in press 号: 10 ページ: 666-668
  • DOI: 10.1049/el.2017.0447
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical sites in Eu- and Mg-codoped GaN grown by NH3-source molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sekiguchi, M. Sakai, T. Kamada, H. Tateishi, A. Syouji and A. Wakahara
  • 雑誌名: Applied Physics Letter 巻: 109 号: 15 ページ: 151106-151106
  • DOI: 10.1063/1.4964519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and optical properties of Eu-doped GaN nanocolumns on (111) Si substrates grown by RF-plasma-assisted molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sekiguchi, S. Nishikawa, T. Imanishi, K. Ozaki, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 5S ページ: 05FG07-05FG07
  • DOI: 10.7567/jjap.55.05fg07
  • NAID: 210000146532
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Eu3+ luminescence properties of Eu- and Mg codoped AlGaN (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kanemoto, H. Sekiguchi, K. Yamane, H. Okada, A. Wakahara
  • 雑誌名: Journal of luminescence 巻: 印刷中 ページ: 60-66
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2015.04.036
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Eu,Mg共添加GaNにおける単一発光サイトの観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 関口寛人，酒井優，若原昭浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 規則配列GaNナノコラム上へのInGaN:Eu/GaN量子井戸の形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 関口寛人，今西智彦，伊達浩平，立石紘己，山根啓輔，岡田浩，岸野克巳，若原昭浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] NH3-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムの成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 尾崎耕平，関口寛人，今西智彦，山根啓輔，岡田浩，岸野克巳，若原昭浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムLEDデバイスの作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎良相，関口寛人，今西智彦，尾崎耕平，山根啓輔，岡田浩，岸野克巳，若原昭浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNを活性層とする赤色LEDの作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 友保健介，関口寛人，立石紘己，山根啓輔，岡田浩，若原昭浩
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Stable luminous Eu site with high excitation efficiency in NH3-MBE grown GaN co-doped with Mg (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Wakahara, H. Sekiguchi, M. Sakai
  • 学会等名: 2016 Material Research Society fall meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムのⅤ/Ⅲ族供給比依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 今西智彦、関口寛人、尾崎耕平、山根啓輔、岡田浩、岸野克巳、若原昭浩
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷲メッセ, 新潟県
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] MBE法において窒素源がEu,Mg共添加GaNの発光サイト形成に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 立石紘己, 関口寛人, 酒井優, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷲メッセ, 新潟県
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Growth of Eu doped GaN thin film and nanocolumns grown by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sekiguchi, H. Tateishi, T. Imanishi, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology meeting on Epitaxy
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of nitrogen sourcEffect of nitrogen source on optical properties of Eu- and Mg-codoped GaN grown by molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: 立石紘己, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第35回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖, 滋賀県
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] Structural and optical properties of Eu doped GaN nanocolumns grown by RF-plasma-assisted molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: 尾崎耕平，関口寛人，今西智彦，山根啓輔，岡田浩，岸野克巳，若原昭浩
  • 学会等名: 第35回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖, 滋賀県
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] Eu concentration dependence of Eu doped GaN nanocolumns grown by RF-plasma-assisted molecular beam epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Imanishi, H. Sekiguchi, K. Ozaki, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
  • 学会等名: the 43rd International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: Toyama International Conference Center, Toyama, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムのEu濃度依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 今西智彦、関口寛人、西川聡志、尾崎耕平、山根啓輔、岡田浩、岸野克巳、若原昭浩
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学，東京都目黒区
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Growth of Eu doped GaN nanocolumns grown by rf-MBE (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nishikawa, H. Sekiguchi, S. Nishikawa, T. Imanishi, K. Ozaki, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
  • 学会等名: 6th International Symposium on Growth of III-Nitride
  • 発表場所: Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Eu incorporation mechanism of Eu doped GaN grown by rf-MBE (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tahara, H. Sekiguchi, K. Yamane, H. Okada, A. Wakahara
  • 学会等名: 6th International Symposium on Growth of III-Nitride
  • 発表場所: Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Eu,Mg共添加GaNの発光サイトの安定性の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 立石紘己，関口寛人，山根啓輔，岡田浩，若原昭浩
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場，愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] RF-MBE 法を用いたEu 添加GaNナノコラムの成長 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西川聡志，関口寛人，今西智彦，山根啓輔，岡田浩，岸野克巳，若原昭浩
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場，愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] RF-MBE法によるEu添加GaN成長におけるEu取り込みに関する検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田原浩行, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場，愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] RF-MBE法によるEu添加GaN成長の成長条件依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田原浩行, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第34回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖, 滋賀県守山市
  • 年月日: 2015-07-15
• [学会発表] GaNナノコラム上Eu添加GaNナノコラムの成長 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西川聡志，関口寛人，今西智彦，山根啓輔，岡田浩，若原昭浩
  • 学会等名: 第34回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖, 滋賀県守山市
  • 年月日: 2015-07-15
• [学会発表] Eu, Mg共添加AlGaNのAl組成が発光サイトに与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金本匡祥，関口寛人，山根啓輔，岡田浩，若原昭浩
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-15
• [学会発表] 貫通転位がEu添加GaNの発光特性に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田原浩行, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-15
• [学会発表] Eu, Mg共添加GaNのEu濃度が発光サイトに及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鎌田拓歩, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-15
• [学会発表] Sharp red light-emitting diodes using optical site selected Eu doped GaN active layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Sekiguchi, Masayoshi Kanemoto, Keisuke Yamane, Hiroshi Okada, Akihiro Wakahara
  • 学会等名: Materials Challenges in Alternative & Renewable Energy
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2015-02-24 – 2015-02-27
  • 招待講演
• [学会発表] Eu, Mg共添加GaNの発光特性のEu濃度依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 9.鎌田拓歩, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
  • 学会等名: 第3回結晶工学未来塾年末講演会
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2014-11-13
• [学会発表] EuドープAlGaNへのMg共添加による影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 10.金本匡祥，関口寛人，酒井優，東海林篤，岡田浩，若原昭浩
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-20
• [学会発表] Optical site control of Eu doped GaN by Mg codoping (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Sekiguchi, Ryota Matsumura, Masayoshi Kanemoto, Takuho Kamada, Masaru Sakai, Atsushi Syouji, Akihiro Wakahara
  • 学会等名: 18th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: Flagstaff, Arizona, USA
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-12
• [図書] OPTRONICS (2016)
  • 著者名/発表者名: 関口寛人
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: オプトロニクス社
• [図書] 化学工業 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関口寛人、若原昭浩
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 化学工業社
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.int.ee.tut.ac.jp/oeg/