| 研究課題/領域番号 |
07650016
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| 研究機関 | 鳥取大学 |
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研究代表者 |
田中 省作 鳥取大学, 工学部, 教授 (90032284)
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| 研究分担者 |
大観 光徳 鳥取大学, 工学部, 助手 (90243378)
石井 晃 鳥取大学, 工学部, 助教授 (70183001)
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| キーワード | 半導体 / 希土類発光中心 / エネルギー移動過程 / 5d励起状態 / 電荷移動励起状態 / エレクトロルミネッセンス / IIa-IIIb2-VIb4族化合物半導体 / IIa-VIb族化合物半導体 |
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| 研究概要 |
半導体中の希土類イオンの発光は4f^n内殻電子の遷移により生じるが、この内殻電子は5s^25p^6閉殻により静電シールドされており、結晶場の影響を受けにくく、希土類イオンに固有の発光を生じ、また、その発光波長が温度によらないなどの特徴を有する。希土類イオンの励起は、バンド間の励起と、それに続く、電子・正孔対の捕獲と、その再結合エネルギーの希土類イオンへの伝達により生じる。これらの材料の励起・発光過程を理解するためには、半導体中の電子・正孔対から希土類イオンの4f^n電子系へのエネルギー移動過程を明らかにする必要がある。Ce^<3+>イオンは5d励起状態を通じて、Ce^<4+>にイオン化することが知られており、とくに、Ce^<3+>イオン化と電子の再捕獲による励起過程に着目して研究を行った。得られた結果を以下に示す。
1.エレクトロルミネッセンス材料として注目されているSrS:Ceを取り上げ、粉末および薄膜の試料を作成した。SrS:Ceでは、Ce^<3+>発光中心は、5d励起状態を有しているため、母体のバンド電子との強い相互作用が生じている。フォトルミネッセンスの温度依存性をしらべ、イオン化したCe^<4+>への電子捕獲過程は、SrS母体中でのキャリア(電子・正孔)の移動に強く依存することを明らかにした。さらに、SrS:Ce薄膜に電界を印加した状態で、エキシマー励起の色素レーザー(430-450nm)を用いて、Ce^<3+>の5d状態を選択励起したところ、伝導電荷が増加することを見いだし、半導体母体(SrS)と希土類発光中心(Ce^<3+>)の間に、電荷移動を含めた励起過程が存在することを明らかにした。
2.SrGa_2S_4:Ce薄膜を作成し、同様な実験を行った。Ce^<3+>発光中心はSr^<2+>サイトに位置するが、SrGa_2S_4のSrサイトのイオン性はSrSより強い。しかし、SrGa_2S_4中においても、Ce^<3+>は母体の電子・正孔対と強く相互作用し、母体の励起により、Ce^<3+>は強い青色発光を示すことを見いだした。
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