希土類添加による窒化物半導体赤色発光デバイスの作製と発光機構の解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21760007
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 西川 敦 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60417095)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• キーワード: 窒化物半導体 / ユウロピウム / 赤色発光ダイオード / OMVPE法

研究概要

本研究では、従来困難であった窒化物半導体による赤色発光デバイスを活性層にユウロピウムを添加することにより実現した。ポイントは有機金属気相エピタキシャル成長におけるEu原料の供給方法にあり、原料温度、配管温度を最適化することにより、発光に十分な添加量のユウロピウム供給に成功した。さらに、成長温度、成長圧力が発光強度に与える影響を解明し、その結果、赤色発光ダイオードとして、光出力17μWを実現した。

研究成果

• [雑誌論文] Room-temperature red emission from light-emitting diodes with Eu-doped GaN grown by organometallic vapour phase epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, N.Furukawa, T.Kawasaki, Y.Terai, Y.
  • 雑誌名: Optical Materials 33 ページ: 1071-1074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site and sample dependent electron-phonon coupling of Eu ions in epitaxial-grown GaN layers (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Woodward, A.Nishikawa, Y.Fujiwara, V.Dierolf
  • 雑誌名: Optical Materials 33 ページ: 1050-1054
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation of Eu3+ in gallium nitride epitaxial layers: Majority versus trap defect center (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Woodward, J.Poplawsky, B.Mitchell, A.Nishikawa, Y.Fujiwara, V.Dierolf
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 98 ページ: 011102/1-011102/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lattice site location of optical centres in GaN:Eu LED material grown by organometallic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Lorenz, E.Alves, I.S.Roqan, K.P.O'Donnell, A.Nishikawa, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 97 ページ: 111911/1-111911/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atmospheric pressure growth of Eu-doped GaN by organometallic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Furukawa, A.Nishikawa, T.Kawasaki, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Phys.Stat.Sol.A 208 ページ: 445-448
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機金属気相エピタキシャル法によるユウロピウム添加窒化ガリウムの成長温度依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西川敦、川崎隆志、古川直樹、寺井慶和、藤原康文
  • 雑誌名: 材料 59 ページ: 690-693
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved luminescence properties of Eu-doped GaN light-emitting diodes grown by atmospheric-pressure organometallic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, N.Furukawa, T.Kawasaki, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 97 ページ: 051113/1-051113/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Eu Luminescence Properties in Eu-Doped GaN Grown on GaN Substrates by Organometallic Vapor Phase Epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Kasai, A.Nishikawa, T.Kawasaki, N.Furukawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Jpn.J.of Appl.Phys. 49 ページ: 081004/1-081004/2
  • 査読あり
• [雑誌論文] 希土類添加半導体の現状と将来展望 (2010)
  • 著者名/発表者名: 藤原康文、寺井慶和、西川敦
  • 雑誌名: 応用物理 79 ページ: 25-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Growth Temperature on Eu-Doped GaN Layers Grown by Organometallic Vapor Phase Epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kawasaki, A.Nishikawa, N.Furukawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Phys.Stat.Sol.C 7 ページ: 2040-2043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electroluminescence properties of Eu-doped GaN-based red light-emitting diode by OMVPE (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, T.Kawasaki, N.Furukawa, Y.Terai, Y.Fujiwara.
  • 雑誌名: Phys.Stat.Sol.A 207 ページ: 1397-1400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical properties of Eu-implanted GaN and related-alloy semiconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, H.Kasai, T.Kawasaki, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Journal of Physics, Conference Series 191 ページ: 012028/1-012028/4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-temperature red emission from p-type/europium-doped/n-type gallium nitride light-emitting diodes under current injection (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, T.Kawasaki, N.Furukawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2 ページ: 071004/1-071004/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescence Properties of Eu-implanted GaN-based Semiconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Kasai, A.Nishikawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 雑誌名: Journal of Physics, Conference Series 165 ページ: 012026/1-012026/4
  • 査読あり
• [学会発表] Red light-emitting diodes with Eu-doped GaN grown by organometallic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Fujiwara, A.Nishikawa, Y.Terai
  • 学会等名: 15th International Workshop on Inorganic and Organic Electroluminescence&2010 International Conference on the Science and Technology of Emissive Displays and Lighting&XVIII Advanced Display Technologies International Symposium
  • 発表場所: St.Petersburg, Russia(INVITED)
  • 年月日: 20100927-20101001
• [学会発表] Organometallic vapor phase epitaxial growth of Eu-doped GaN and its application to red light-emitting diodes operating at room temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Fujiwara, A.Nishikawa, Y.Terai
  • 学会等名: Third International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN3), We4-2
  • 発表場所: Montpellier, France(INVITED)
  • 年月日: 20100704-20100707
• [学会発表] Site selective excitation pathways of in-situ doped Eu : GaN grown by MOCVD (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Woodward, V.Dierolf, A.Nishikawa, Y.Fujiwara
  • 学会等名: 2010 European Materials Research Society Spring Meeting (E-MRS2010), 8.12
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20100607-20100611
• [学会発表] Europium incorporation in GaN grown by metal organic chemical vapour deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Lorenz, E.Alves, I.S.Roqan, K.P.O'Donnell, A.Nishikawa, Y.Fujiwara, M.Bockowski
  • 学会等名: 2010 European Materials Research Society Spring Meeting (E-MRS2010), 5.2
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20100607-20100611
• [学会発表] Room-temperature red emission from light-emitting diodes with Eu-doped GaN grown by organometallic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, T.Kawasaki, N.Furukawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 学会等名: 2010 European Materials Research Society Spring Meeting (E-MRS2010), 5.1
  • 発表場所: Strasbourg, France(INVITED)
  • 年月日: 20100607-20100611
• [学会発表] Atmospheric-pressure growth of Eu-doped GaN by organometallic vapor phase epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Furukawa, A.Nishikawa, T.Kawasaki, S.Anada, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 学会等名: 37th International Symposium on Compound Semiconductors, FrD1-1, Takamatsu Symbol Tower
  • 発表場所: Kagawa, Japan(INVITED)
  • 年月日: 20100531-20100604
• [学会発表] Recent progress in rare-earth-doped semiconductors (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Fujiwara, A.Nishikawa, Y.Terai
  • 学会等名: 2010 International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology (CS MANTECH), 12.4
  • 発表場所: Portland, USA(INVITED)
  • 年月日: 20100517-20100520
• [学会発表] Rare-earth-doped semiconductor-based light-emitting diodes operating at room temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Fujiwara, A.Nishikawa, Y.Terai
  • 学会等名: 4th International Conference on LED and Solid State Lighting (LED2010), W-II-2
  • 発表場所: Seoul, Korea(INVITED)
  • 年月日: 20100203-20100205
• [学会発表] Room-Temperature Red Emission from a p-Type/Europium-Doped/n-Type Gallium Nitride Light-Emitting Diode under Current Injection (2010)
  • 著者名/発表者名: 西川敦、川崎隆志、古川直樹、寺井慶和、藤原康文
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学(招待講演)
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] New development in rare-earth-doped semiconductors: room-temperature operation of light-emitting diodes exhibiting rare-earth emission under current injection (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Fujiwara, A.Nishikawa, Y.Terai
  • 学会等名: 29th Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Izu(INVITED)
  • 年月日: 2010-07-15
• [学会発表] p-GaN/Eu 添加GaN/n-GaN 発光ダイオードによる室温電流注入赤色発光 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西川敦、川崎隆志、古川直樹、寺井慶和、藤原康文
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学(招待講演)
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] 有機金属気相成長法によるEu添加GaNの作製とLEDデバイス応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西川敦、寺井慶和、藤原康文
  • 学会等名: 応用物理学会関西支部セミナー
  • 発表場所: 大阪府立大学(招待講演)
  • 年月日: 2010-01-09
• [学会発表] Low-voltage operation of current-injection red emission from p-GaN/Eu-doped GaN/n-GaN light-emitting diodes (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Nishikawa, T.Kawasaki, N.Furukawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 学会等名: 8th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8), ThP118, Jeju Island
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 20091018-20091023
• [学会発表] Effect of growth temperature on Eu-doped GaN layers grown by organometallic vapor phase epitaxy (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kawasaki, N.Furukawa, A.Nishikawa, Y.Terai, Y.Fujiwara
  • 学会等名: 8th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8), ThP18, Jeju Island
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 20091018-20091023
• [学会発表] 有機金属気相成長エピタキシャル法によるユウロピウム添加GaN赤色発光ダイオードの室温電流注入発光 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西川敦
  • 学会等名: 第39回結晶成長国内会議(NCCG-39)
  • 発表場所: 名古屋大学(招待講演)
  • 年月日: 2009-11-13
• [学会発表] 有機金属気相エピタキシャル法によるEu添加GaNの作製と発光特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西川敦、川崎隆志、古川直樹、寺井慶和、藤原康文
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会、多元系機能材料研究会・結晶工学分科会合同企画
  • 発表場所: 富山大学(招待講演)
  • 年月日: 2009-09-10
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse6/index.html
• [産業財産権] 赤色発光半導体素子および赤色発光半導体素子の製造方法 (2010)
  • 発明者名: 西川敦、藤原康文、寺井慶和、川崎隆志、古川直樹
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権番号: 特許,PCT/JP2010/57599
  • 出願年月日: 2010-04-28
• [産業財産権] 赤色発光半導体素子および赤色発光半導体素子の製造方法 (2009)
  • 発明者名: 西川敦、藤原康文、寺井慶和、川崎隆志、古川直樹
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2009-112535
  • 出願年月日: 2009-05-07