希土類添加窒化物半導体の希土類周辺構造制御による高励起効率化

• 研究課題/領域番号: 26820113
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小泉 淳 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30418735)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 希土類添加半導体 / 窒化物半導体 / ユウロピウム / 有機金属気相エピタキシャル法 / 赤色発光ダイオード / 半導体物性 / DLTS / 共添加

研究成果の概要

本研究では、Eu添加窒化物半導体による赤色発光デバイスにおいて高い励起効率を得るために、不純物共添加によるEuイオン周辺局所構造制御を目的とした。共添加不純物として、Zn（アクセプタ）とO（ドナー）を同時に添加することで、新たな発光中心が形成されることを見出した。さらに、共添加を効果的に行うための試みとして、成長温度依存性と極性に対する依存性を調べた。また、Eu添加GaNにおいて、Euがバンド構造に形成する欠陥準位をラプラスDLTS法により評価することで、Eu-N空孔-Ga空孔による複合欠陥の形成が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Utilization of native oxygen in Eu(RE)-doped GaN for enabling device compatibility in optoelectronic applications (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Mitchell, D. Timmerman, J. Poplawsky, W. Zhu, D. Lee, R. Wakamatsu, J. Takatsu, M. Matsuda, W. Guo, K. Lorenz, E. Alves, A. Koizumi, V. Dierolf, and Y. Fujiwara
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep18808
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Study of defects in GaN in situ doped with Eu3+ ion grown by OMVPE (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Wang, A. Koizumi, Y. Fujiwara, and W. M. Jadwisienczak
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 45 号: 4 ページ: 2001-2007
  • DOI: 10.1007/s11664-016-4337-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ Eu doping into AlxGa1-xN grown by organometallic vapor phase epitaxy to improve luminescence properties (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, K. Kawabata, D. Lee, A. Nishikawa, Y. Terai, H. Ofuchi, T. Honma, and Y. Fujiwara
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 41 ページ: 75-79
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2014.11.005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanoscale determinant to brighten up GaN:Eu red light-emitting diode: Local potential of Eu-defect complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashi Ishii, Atsushi Koizumi, and Yasufumi Fujiwara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 15 ページ: 1553071-7
  • DOI: 10.1063/1.4918662
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The role of donor-acceptor pairs in the excitation mechanism of Eu-ions in GaN:Eu epitaxial layers (2014)
  • 著者名/発表者名: B. Mitchell, J. Poplawsky, D. Lee, A. Koizumi, Y. Fujiwara, and V. Dierolf
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 115 号: 20
  • DOI: 10.1063/1.4879253
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement in light efficiency of a GaN:Eu red light-emitting diode by pulse-controlled injected charges (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Ishii, A. Koizumi, and Y. Fujiwara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4900840
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 希土類添加GaNとLED応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原康文, 小泉淳
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 42 ページ: 211-215
  • NAID: 130007897579
  • 査読あり
• [学会発表] Current understanding of Eu emission centers in Eu-doped GaN grown by organometallic vapor-phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Valence state control of Eu ions in Eu-doped GaN grown by organometallic vapor phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, T. Nunokawa, M. Matsuda, W. Zhu, T. Kojima, and A. Koizumi
  • 学会等名: Workshop on Computational Nano-Materials Design and Realization for Energy-Saving and Energy-Creation Materials
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2016-03-25
• [学会発表] Relationship between electrical and luminescence properties of GaN/Eu-doped GaN multiple-nanolayer structures investigated with impedance spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: W. Zhu, M. Ishii, A. Koizumi, Y. Fujiwara
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Eu添加GaNにおける2価Euイオンの出現とその制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 布川拓未, 小泉淳, 松田将明, 朱婉新, 藤原康文
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Eu添加GaNにおけるEuイオンの価数制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 布川拓未, 小泉淳, 松田将明, 朱婉新, 藤原康文
  • 学会等名: 平成27年度第4回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回講演会・見学会
  • 発表場所: 福井大学（福井県・福井市）
  • 年月日: 2016-01-30
• [学会発表] Towards highly efficient wavelength-stable red light-emitting diodes using Eu-doped GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, T. Inaba, B. Mitchell, T. Kojima, and A. Koizumi
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Luminescent Materials 2015
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Luminescence properties of Eu-doped InxGa1-xN and their application to the detection of In segregation (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Takatsu, A. Koizumi, S. Yamanaka, M. Matsuda, T. Kojima, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 19th SANKEN International, The 14th SANKEN Nanotechnology Symposium, 3rd KANSAI Nanoscience and Nanotechnology, 11th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Separation of Eu-related trap levels in Eu-doped GaN by Laplace deep level transient spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shigemune, A. Koizumi, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 19th SANKEN International, The 14th SANKEN Nanotechnology Symposium, 3rd KANSAI Nanoscience and Nanotechnology, 11th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] プラスDLTS測定によるEu添加GaNにおけるEu関連トラップ準位の分離 (2015)
  • 著者名/発表者名: 重宗翼, 小泉淳, 藤原康文
  • 学会等名: 平成27年度第3回半導体エレクトロニクス部門委員会第2回研究会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-11-21
• [学会発表] Eu添加InxGa1-xNにおけるEu発光特性評価とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高津潤一, 小泉淳, 山中柊平, 松田将明, 児島貴徳, 藤原康文
  • 学会等名: 平成27年度第3回半導体エレクトロニクス部門委員会第2回研究会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-11-21
• [学会発表] Electrical properties of trapping level related to the excitation of Eu luminescent center in Eu-doped GaN investigated by thermally stimulated current (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, Y. Maruyama, K. Okada, T. Shigemune, T. Kojima, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県・浜松市）
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] OMVPE 法によるEu 添加InxGa1-xNの作製とEu発光特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高津潤一, 山中柊平, 松田将明, 小泉淳, 児島貴徳, 藤原康文
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会春季学術講演会
  • 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] Characterization of GaN/Eu-doped GaN multiple-nanolayer structures grown by low-temperature organometallic vapor phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: W. Zhu, D. Timmerman, B. Mitchell, A. Koizumi, T. Gregorkiewicz, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 11th International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会
• [学会発表] Valence control of Eu ions in Eu-doped GaN grown by organometallic vapor phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, M. Matsuda, W. Zhu, T. Kojima, and A. Koizumi
  • 学会等名: SPIE Nanoscience + Engineering
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2015-08-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Luminescence properties of Eu-doped InxGa1-xN grown by organometallic vapor-phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, S. Yamanaka, M. Matsuda, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 34nd Electronic Materials Symposium
  • 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] Towards highly efficient wavelength-stable red light-emitting diodes using Eu-doped GaN as an active layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, T. Kojima, and A. Koizumi
  • 学会等名: Workshop on Frontier Photonic and Electronic Materials and Devices - 2015 German-Japanese-Spanish Joint Workshop -
  • 発表場所: 芝蘭会館（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-07-11
  • 国際学会
• [学会発表] GaN/Eu添加GaNナノ構造によるEu発光効率の著しい増大 (2015)
  • 著者名/発表者名: 朱婉新, B. Mitchell, D. Timmerman, 小泉淳, T. Gregorkiewicz, 藤原康文
  • 学会等名: 平成27年度第2回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回研究会
  • 発表場所: 大阪工業大学うめきたナレッジセンター（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2015-07-11
• [学会発表] Present understanding of Eu luminescent centers in Eu-doped GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, R. Wakamatsu, A. Koizumi, and V. Dierolf
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D and Materials Research 2015
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-06-15
  • 国際学会
• [学会発表] Energy migration between Eu luminescent sites in Eu-doped GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, R. Wakamatsu, D. Timmerman, and A. Koizumi
  • 学会等名: 7th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2015-05-17
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of Energy Transfer Process in Eu-Doped GaN by Two-Wavelength Excited Photoluminescence (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohei Okada, Ryuta Wakamatsu, Dolf Timmerman, Takanori Kojima, Atsushi Koizumi, and Yasufumi Fujiwara
  • 学会等名: 7th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] Formation of a New Eu Luminescent Center by Zn,O-Codoping in Eu-Doped GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Matsuda, Atsushi Koizumi, Takanori Kojima, Dolf Timmerman, Yasufumi Fujiwara
  • 学会等名: 7th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] Eu,O共添加GaNにおけるトラップ準位のDLTS評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 重宗翼, 小泉淳, 児島貴徳, 藤原康文
  • 学会等名: 第62回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] GaN:Eu赤色LEDの発光効率改善法：パルス駆動による注入電荷共振 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井真史, 小泉淳, 藤原康文
  • 学会等名: 第62回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Eu,O 共添加GaN におけるDLTS 法を用いたトラップ準位の測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 重宗翼、小泉淳、児島貴徳、藤原康文
  • 学会等名: 平成26年度第4回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回講演会
  • 発表場所: 広島大学学士会館レセプションホール（東広島市）
  • 年月日: 2015-01-24
• [学会発表] 希土類元素の精密ドーピングによる半導体光機能性の制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原康文、Dolf Timmerman、児島貴徳、小泉淳
  • 学会等名: 第25回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学百年記念会館（神戸市）
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-13
• [学会発表] Temperature dependence of photoconductivity in Eu-doped GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, K. Okada, T. Shigemune, T. Kojima, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 2nd KANSAI Nanoscience and Nanotechnology
  • 発表場所: The Congres Convention Center, Osaka, Japan
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-11
• [学会発表] Eu site-dependent energy transfer in red light emitter of Eu-doped GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, R. Wakamatsu, D. Lee, B. Mitchell, A. Koizumi, and V. Dierolf
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting, Symposium T: Wide-Bandgap Materials for Solid-State Lighting and Power Electronics
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] Low-temperature growth of Eu-doped GaN by organometallic vapor phase epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: W. Zhu, D. Timmerman, B. Mitchell, A. Koizumi, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting, Symposium T: Wide-Bandgap Materials for Solid-State Lighting and Power Electronics
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] Europium-doped gallium nitride and its application to environmentally-friendly red light-emitters (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, D. Timmerman, T. Kojima, and A. Koizumi
  • 学会等名: 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park, Osaka, Japan
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of oxygen codoping on Eu luminescence properties in Eu-doped GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Takatsu, M. Matsuda, T. Kojima, A. Koizumi, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park, Osaka, Japan
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-19
• [学会発表] Formation of efficient Eu luminescent centers in Eu-doped GaN by low-temperature organometallic vapor phase epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: W. Zhu, D. Timmerman, B. Mitchell, A. Koizumi, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park, Osaka, Japan
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-19
• [学会発表] Eu-doped GaN and its application to environmentally-friendly red light-emitting diodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, D. Timmerman, T. Kojima, and A. Koizumi
  • 学会等名: The second International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology
  • 発表場所: Hanoi, Vietnam
  • 年月日: 2014-10-29 – 2014-11-01
  • 招待講演
• [学会発表] 希土類元素を極める ―希土類添加半導体から何が見えてくるのか― (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原康文、児島孝徳、Dolf Timmerman、小泉淳
  • 学会等名: 日本金属学会2014年秋期講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス（名古屋市千種区）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] Optical and electrical properties of Eu,Si-codoped GaN grown by organometallic vapor-phase epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, S. Kuwata, and Y. Fujiwara
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Open Access Week
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Growth and characterization of Eu-doped GaN by low-temperature organometallic vapor phase epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: 朱婉新、Timmerman Dolf、小泉淳、藤原康文
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Eu添加GaNにおけるZn,O共添加による新たなEu発光中心の形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田将明、朱婉新、児島貴徳、小泉淳、藤原康文
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 二波長励起PL測定によるEu添加GaNのエネルギー輸送効率の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡田浩平、若松龍太、Dolf Timmerman、児島貴徳、小泉敦、藤原康文
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 二波長励起PL測定によるEu添加GaNのエネルギー輸送機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡田浩平，若松龍太，Dolf Timmerman，児島貴徳，小泉淳，藤原康文
  • 学会等名: 平成26年度日本材料学会第2回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回研究会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（吹田市）
  • 年月日: 2014-07-26
• [学会発表] Eu添加GaNに及ぼすO共添加の効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田将明，李東建，高津潤一，児島貴徳，小泉淳，藤原康文
  • 学会等名: 平成26年度日本材料学会第2回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回研究会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（吹田市）
  • 年月日: 2014-07-26
• [学会発表] Eu添加GaNにおける赤色発光効率のEuイオン局所構造依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原康文、若松龍太、小泉淳
  • 学会等名: 第353回蛍光体同学会講演会
  • 発表場所: 化学会館ホール（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-06-06
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of impurity codoping on luminescence properties in Eu-doped GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, D. Lee, A. Koizumi, B. Mitchell, and V. Dierolf
  • 学会等名: 5th International Workshop on Photoluminescence Rare Earths
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2014-05-14 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [図書] Rare Earth and Transition Metal Doping of Semiconductor Materials: Synthesis, Magnetic Properties and Room Temperature Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Koizumi, B. Mitchell, V. Dierolf, and Y. Fujiwara
  • 総ページ数: 22
  • 出版者: Woodhead Publishing
• [備考] 藤原研究室
  • URL: http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse6/