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2016 年度 実績報告書

窒化物半導体中の希土類イオンの局所構造制御と発光デバイス応用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26420271
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

関口 寛人  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580599)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード希土類元素 / 窒化物半導体 / ユーロピウム / GaN
研究実績の概要

①高効率発光を目指した窒素源の選択
Mg共添加法による発光効率改善メカニズムの解明に向けて,窒素源がMg共添加法に与える影響について調査を行った。アンモニアを窒素源とした場合にはMg濃度1x10^18cm^3において発光強度が20倍以上に増加されたが,窒素プラズマ源を用いた場合にはいずれのMg濃度でも発光強度の増加が見られなかった。PL-PLEマッピング法を用いて双方の試料の発光サイトを調べたところ,構成される発光サイトが大きく異なっており,窒素源の種類が発光サイト形成に強い影響を与えることを示唆する結果を得た。
②Eu添加GaN層を用いたナノコラムLEDの作製
n型Si(111)基板上にn型GaNナノコラム,Eu組成1%のGaEuNナノコラム活性層を成長し,最後に表面で連続膜化する条件でp型GaN層を成長させた。電気特性を調べたところ,立ち上がり電圧3.6Vの整流性が観測され,希土類イオンに起因した半値幅7nm以下の極めてシャープな赤色発光が観測された。ピーク波長の電流依存性を1mAから20mAの範囲で調べたところ,発光波長シフトは0.2nm以下であり, InGaN系LEDと比較して2桁近く波長安定性が高いことが示された。
③InGaN:Eu/GaN量子井戸ナノコラムの作製
Tiマスク選択成長法を用いてGaNテンプレート基板上に規則的に配列したGaNナノコラムを形成した後,InGaN:Eu/GaN(5/10nm)量子井戸を10ペア成長させた。直径は130-300nmの範囲で精密に制御された。発光特性を調べると,いずれのパターンからもEuイオンを起因とするシャープな発光ピークが620nm付近に観測された。また発光ピークや発光効率とナノコラム直径との間に相関関係が得られつつあり,ナノコラムのサイズ制御や形状制御が発光サイト制御に有効である可能性を示唆した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Stable-wavelength operation of europium-doped GaN nanocolumn light-emitting diodes grown by rf-plasma-assisted molecular beam epitaxy2017

    • 著者名/発表者名
      H. Sekiguchi, T. Imanishi, R. Matsuzaki, K. Ozaki, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
    • 雑誌名

      Elctronics Letters

      巻: in press ページ: inpress

    • DOI

      10.1049/el.2017.0447

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical sites in Eu- and Mg-codoped GaN grown by NH3-source molecular beam epitaxy2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sekiguchi, M. Sakai, T. Kamada, H. Tateishi, A. Syouji and A. Wakahara
    • 雑誌名

      Applied Physics Letter

      巻: 109 ページ: 151106

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4964519

    • 査読あり
  • [学会発表] Eu,Mg共添加GaNにおける単一発光サイトの観測2017

    • 著者名/発表者名
      関口寛人,酒井優,若原昭浩
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] 規則配列GaNナノコラム上へのInGaN:Eu/GaN量子井戸の形成2017

    • 著者名/発表者名
      関口寛人,今西智彦,伊達浩平,立石紘己,山根啓輔,岡田浩,岸野克巳,若原昭浩
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] NH3-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムの成長2017

    • 著者名/発表者名
      尾崎耕平,関口寛人,今西智彦,山根啓輔,岡田浩,岸野克巳,若原昭浩
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムLEDデバイスの作製2017

    • 著者名/発表者名
      松崎良相,関口寛人,今西智彦,尾崎耕平,山根啓輔,岡田浩,岸野克巳,若原昭浩
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNを活性層とする赤色LEDの作製2017

    • 著者名/発表者名
      友保健介,関口寛人,立石紘己,山根啓輔,岡田浩,若原昭浩
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川県
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] Stable luminous Eu site with high excitation efficiency in NH3-MBE grown GaN co-doped with Mg2016

    • 著者名/発表者名
      A. Wakahara, H. Sekiguchi, M. Sakai
    • 学会等名
      2016 Material Research Society fall meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] RF-MBE法を用いたEu添加GaNナノコラムのⅤ/Ⅲ族供給比依存性2016

    • 著者名/発表者名
      今西智彦、関口寛人、尾崎耕平、山根啓輔、岡田浩、岸野克巳、若原昭浩
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷲メッセ, 新潟県
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] MBE法において窒素源がEu,Mg共添加GaNの発光サイト形成に与える影響2016

    • 著者名/発表者名
      立石紘己, 関口寛人, 酒井優, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷲メッセ, 新潟県
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Growth of Eu doped GaN thin film and nanocolumns grown by molecular beam epitaxy2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sekiguchi, H. Tateishi, T. Imanishi, K. Yamane, H. Okada, K. Kishino, A. Wakahara
    • 学会等名
      Energy Materials Nanotechnology meeting on Epitaxy
    • 発表場所
      Budapest, Hungary
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of nitrogen sourcEffect of nitrogen source on optical properties of Eu- and Mg-codoped GaN grown by molecular beam epitaxy2016

    • 著者名/発表者名
      立石紘己, 関口寛人, 山根啓輔, 岡田浩, 若原昭浩
    • 学会等名
      第35回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖, 滋賀県
    • 年月日
      2016-07-06 – 2016-07-08
  • [学会発表] Structural and optical properties of Eu doped GaN nanocolumns grown by RF-plasma-assisted molecular beam epitaxy2016

    • 著者名/発表者名
      尾崎耕平,関口寛人,今西智彦,山根啓輔,岡田浩,岸野克巳,若原昭浩
    • 学会等名
      第35回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖, 滋賀県
    • 年月日
      2016-07-06 – 2016-07-08

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公開日: 2018-01-16  

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