多結晶窒化物半導体の電界放射電子源、可視蛍光体への応用に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360012
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 朝日 一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (90192947)
• 研究分担者: 長谷川 繁彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (50189528)
• キーワード: 窒化物半導体 / 多結晶半導体 / 分子線エピタキシ / 電界電子放出 / 可視発光 / 金属基板 / 希土類原子添加 / 磁性

研究概要

本研究の目的は、第1には、金属基板上成長多結晶III-V族窒化物半導体、特にAlGaNを用いることによる優れた電界放出特性、安定性を明らかとし、電界放出電子源実現可能性を明らかとすることであり、第2には、希土類原子の添加により良好な可視域発光蛍光体としての性質を明らかとすることである。
まず、Mo金属基板上に多結晶GaNを成長した場合、多結晶GaN/Mo基板ヘテロ接合がオーミック特性を示すことを確認した。これは裏面から電極を取ることが可能であり、多結晶GaNの大きな特長である。次に、多結晶GaNと対抗する電極との間に電界をかけた場合、比較的低電界から電子放出が起ることを見出した。飽和電流密度も比較的高い値が得られた。多結晶GaNの成長条件、特に基板温度による電界電子放出特性の依存性を調べ、最適な基板温度のあることを見出した。多結晶GaNのグレイン構造との関係を調べ、表面凹凸構造の形状と関係していることが分かった。すなわち、グレインの大きさとして適当な大きさの時に最も低いしきい電界6.4V/μmが得られた。さらに、実効的に電界放出トンネル障壁高さを低減する目的で、GaN表面に薄いAlN層を形成し、このことにより電子放出のしきい電界値を更に低下できることを確認した。Fowler-Nordheim plotにより電子親和力が0.8ev減少したと評価された。
希土類添加GaNについては、まずは希土類添加の単結晶GaN(GaEuN,GaGdN,GaDyN)の発光特性を調べ、強くシャープな可視発光が得られることを確認した。これらの発光は希土類原子の内核準位間遷移によるものと同定された。さらに、これら希土類添加GaNの磁性半導体への応用を念頭に、磁化特性を調べ、室温強磁性を示すことを見出した。

研究成果

• [文献書誌] S.Nishida, T.Yamanaka, S.Hasegawa, H.Asahi: "Electric field emission from nitride semiconductor grown on Mosubstrate"Phys.Stat.Sol.(c). 0(7). 2416-2419 (2003)
• [文献書誌] S.Nishida, T.Yamanaka, S.Hasegawa, H.Asahi: "Barrier height control for electron field emission by growing ultra thin AlN"Appl.Surf.Sci. (in press). (2004)
• [文献書誌] M.Hashimoto, S.Emura, R.Asano, H.Tanaka, Y.K.Zhou, H.Asahi: "Local structurae of rare-earth-doped diluted magnetic semiconductor GaGdN"Phys.Stat.Sol.(c). 0(7). 2650-2653 (2003)
• [文献書誌] Y.K.Zhou, N.Teraguchi, M.Hashimoto, H.Tanaka, A.Suzuki, Y.Nanishi, H.Asahi: "Optical and magnetic properties of DyN/GaN superlattice"Phys.Stat.Sol.(c). 240(2). 440-442 (2003)
• [文献書誌] H.Tanaka, M.Hashimoto, R.Asano, Y.K.Zhou, H.Bang, K.Akimoto, H.Asahi: "Magnetic properties of rare-earth-doped semiconductor GaEuN"Phys.Stat.Sol.(c). 0(7). 2864-2868 (2003)
• [文献書誌] M.Hashimoto, A.Yanase.R.Asano, H.Tanaka, H.Bang, K.Akimoto, H.Asahi: "Magnetic properties of Eu-doped GaN grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(10A). L1112-L1115 (2004)