研究実績の概要 |
本研究は、Eu添加窒化物半導体による赤色発光デバイスにおいて、発光効率を決めている光学活性なEuイオン周辺局所構造への秩序制御を自己形成する「サイト選択ドーピング」技術を確立し、Eu添加窒化物系赤色発光ダイオードの発光効率向上を目的としている。活性層に注入したキャリアの再結合エネルギーをEuイオンが効率よく受け取るために必要な過程として考えられているキャリア捕獲に着目し、有機金属気相エピタキシャル法によりEu添加GaNを作製する際にドナー(Zn)やアクセプタ(O)の共添加を行った。その結果、Eu,Zn,O共添加GaNにおいて、Eu単独添加やEu,O共添加、Eu,Zn共添加では観測されない、新たな発光ピークが観測された。Euイオンの直接励起を利用した詳細な光学特性評価から、新たなEu添加サイトが形成されることを明らかにした。さらに、新たなEu添加サイトは、ZnとOを同時に添加した場合にのみ形成されることから、電子と正孔を捕獲するEu添加サイトが形成されたことが示された。観察された新たなEu添加サイトの低温における発光効率は、従来から観察されている主要な発光サイトと同程度であったものの、温度消光が小さく、p型GaN層のMgアクセプタの活性化に必要な熱アニールに対しても安定であることを明らかにした。また、これらの試料に対してキャリア捕獲と放出を光伝導測定により評価するためのシステムを構築した。従来からの無添加GaNとEu添加GaNの光伝導測定を行ったところ、Eu添加GaN試料において、無添加GaNとは明らかに異なる特徴的な光応答特性が観測された。
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