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

用于高亮度全彩显示器的稀土掺杂氮化物半导体的外延生长和物理性能

• 批准号: 13875062
• 负责人: 藤原 康文
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13875062/
• 关键词: 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

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)

This study is aimed at understanding the fundamental and existing atomic layer growth devices for rare earth doped semiconductor and organic metal vapor phase (OMVPE). At the same time, we have mastered the technology of structural evaluation, and the application of optical EXAFS method to clarify the relationship between the structure and optical properties of rare earth atoms. The organic rare earth raw materials used in the development are designed and synthesized, and the optical efficiency is improved at any time. The second purpose of this study is to evaluate the optical properties of the materials. This year, the Er doped GaN film is used for the purpose of high purity of Er raw materials, GaAs matrix, room temperature operation, current injection type light emission, operation characteristics evaluation, etc. The following is a summary of the findings of this study. 1. Organic Er raw materials, use temperature, temperature, temperature InP is doped with Er, and the purity of InP is improved. The results, distillation and purification of 2 cycles, raw material contamination, O impurity content, and so on are significantly reduced. 2. Measurement of current injection luminescence caused by GaInP/Er,O co-doped GaAs/GaInP structure at room temperature. The dependence of light intensity on injection current density, the resolution of light intensity on time, the excitation threshold area of light emission, and the comparison of light emission intensity and amplitude of light emission between 5 and 6 are discussed. The possibility of realizing solid-state optical amplifiers is demonstrated by the physics of solid-state optical amplifiers. (Concession:1)

项目成果

H.OHTA: "Codoping effects of O_2 into Er-doped InP epitaxial layer grown by OMVPE"Physica E. 10(1-3). 399-402 (2001)

H.OHTA：“O_2 共掺杂到通过 OMVPE 生长的掺铒 InP 外延层中的效应”Physica E. 10(1-3)。

A.KOIZUMI: "Luminescence properties of Er,O-codoped GaAs/GaInP double heterostructures grown by organometallic vapor phase epitaxy"Physica B. 308-310. 891-894 (2001)

A.KOIZUMI：“有机金属气相外延生长的 Er,O 共掺杂 GaAs/GaInP 双异质结构的发光特性”Physica B. 308-310。

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)

J.YOSHIKAWA：“重掺杂 GaAs 的 ESR 研究：有机金属气相外延生长的 Er”21 世纪的 EPR：材料、生命和地球科学的基础知识和应用。

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

Y.FUJIWARA：“通过有机金属气相外延生长的 Er,O 共掺杂 GaAs 发光二极管中的极大 Er 激发截面”材料研究学会研讨会论文集，半导体进展 II，电子和光电

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)

A.KOIZUMI：“通过低压有机金属气相外延生长的 Er、O 共掺杂 GaAs/GaInP LED 的室温 1.54μm 光发射”，《日本应用物理学杂志》42(4B)（出版中）。