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半導体の希土類元素は外殻に遮蔽された4f殻内の電子状態の遷移による鋭い発光スペクトルをしめす。特にエルビウム(Er)の第一励起準位から基底準位への遷移による発光はシリカ径光ファイバの最低損失波長帯である。1.5μm帯に相当するため、光通信用超微細構造発光デバイスの実現に向けて本研究を行っている。主にワイドバンドギャップ半導体である3C-SiC、6H-SiCおよび6H-GaNの3種類の結晶材料にイオン注入法を用いてErを添加し、光物性の観点から発光特性を考察した。
1)3C-SiC、6H-SiCでは室温において明確なErの発光が観測され、温度消光の改善には3C-SiC、6H-SiCが適当であることを明らかにした。また、それらの消光特性についてN、0を共添加したものを含めて、添加量依存性の観点から比較検討し新たな知見を得ている。
2)6H-GaNに対してはEr添加を加速エネルギー400KeV、2MeVで行い、Erドーズ量依存性および熱処理温度依存性を調べ、最適熱処理条件を求めた。さらにN、O、Cを共添加した6H-GaNの温度消光特性をそれぞれ調べた。
3)3C-SiC、6H-SiCおよび6H-GaNの2つの消光プロセスの考察を行い、カップリング係数および活性化エネルギーの値をそれぞれ求めた。さらに、ドーズ量および測定温度依存性によるメインピークの消光割合を調べ、新たな知見を得ている。
以上、Er添加SiCおよびGaNの光学的活性化と発光デバイスへの応用を目的とし基礎的な研究を行った。いずれも室温からの発光を観測したので、現在さらに発光強度を増加させるために素子構造作製プロセスの観点から検討を行っている。
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