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

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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)