高輝度フルカラーディスプレイ用希土類添加窒化物半導体のエピタキシャル成長と物性

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13875062
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 藤原 康文 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (10181421)
• 研究分担者: 町田 英明 (株)トリケミカル研究所, 技術開発本部, 主幹研究員 ; 竹田 美和 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20111932)
• キーワード: 希土類添加窒化物半導体 / フルカラーディスプレイ / エルビウム / 電流注入発光 / 局所構造 / 有機Er原料

研究概要

本研究では、各種希土類元素を添加した窒化物半導体を有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)成長装置を基本とした、既存の原子層制御エピタキシャル成長装置を用いて作製し、希土類発光特性を解明することを第一の目的とする。その際、既に掌握しているミクロ構造評価技術である蛍光EXAFS法を用いて希土類原子周辺局所構造と発光特性の関連を明らかにする。また、成長に用いる有機希土類原料は自ら設計/合成するとともに、高い発光効率を示す局所構造の効率的形成を促すように随時、改良を加える。さらに、それら材料の特性を存分に発揮した発光デバイスを試作し、デバイス構造における発光特性を評価することを第二の目的とする。
今年度は、Er添加GaNへの応用を念頭に、新規Er原料の高純度化と、GaAsを母体とした室温動作・電流注入型発光デバイスの作製・動作特性評価に取り組んだ。
これまでの研究において、以下の知見を得ている。
1.有機Er原料として、使用温度において液体であるトリスエチルシクロペンタジエニルエルビウム(Er(EtCp)_3)を新たに開発した。InPへのEr添加実験を指標として、その高純度化を行った。その結果、蒸留精製を2回行うことにより、原料汚染により混入するO不純物量が劇的に低減することを明らかにした。(特許出願:1件)
2.pn制御を施したGaInP/Er,O共添加GaAs/GaInPダブルヘテロ構造において、室温においてErに起因する電流注入発光を観測した。その発光強度の注入電流密度依存性や、発光の立ち上がり/立ち下がり時間の解析を通じてErの励起断面積を見積もったところ、今日、実用化されているEr添加光ファイバ増幅器のものと比較して、5〜6桁高い値が得られた。このことは物理的な素子サイズが極めて小さい固体光増幅器の実現可能性を示唆している。(特許出願:1件)

研究成果

• [文献書誌] Y.FUJIWARA: "Extremely large Er excitation cross section in Er,O-codoped GaAs light emitting diodes grown by organometallic vapor phase epitaxy"Materials Research Society Symposium Proceedings, Progress in Semiconductors II, Electronic and Optoelectronic Applications. 744(印刷中). (2003)
• [文献書誌] A.KOIZUMI: "Room-temperature 1.54μm light emission from Er,O-codoped GaAs/GaInP LEDs grown by low-pressure organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 42(4B)(印刷中). (2003)
• [文献書誌] T.AKANE: "AFM observation of OMVPE-grown ErP on InP substrates using a new organometal Er(EtCp)_3"Applied Surface Science. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] J.YOSHIKAWA: "ESR study of heavily doped GaAs : Er grown by organometallic vapor phase epitaxy"EPR in the 21st Century : Basics and Applications to Material, Life and Earth Sciences. 302-305 (2002)
• [文献書誌] A.KOIZUMI: "Luminescence properties of Er,O-codoped GaAs/GaInP double heterostructures grown by organometallic vapor phase epitaxy"Applied Physics Letters. 80(9). 1559-1561 (2002)