室温動作2〜3μm帯半導体レーザ用材料:Dy添加III-V族半導体の作製と発光特性

室温工作2-3μm波段半导体激光材料：掺镝III-V族半导体的制备和发射特性

• 批准号: 10875070
• 负责人: 藤原 康文
• 金额: $ 1.34万
• 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: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10875070/
• 关键词: 希土類元素; III-V族半導体; 有機金属気相エピタキシャル法; ジスプロシウム; 2〜3μm帯発光; Dy; OMVPE法; 半導体レーザ; Er; InP; GaInP; 量子ドット

本研究では、2〜3μm帯にスピン軌道準位間遷移を示すことが予測されるDyを添加した各種III-V族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、Dy発光特性を解明することを第一の目的とする。その際、既に掌握している蛍光EXAFS法やX線CTR散乱法といったミクロ構造評価技術を用いてDy原子周辺局所構造と発光特性の関連を明らかにする。さらに、それら材料の特性を存分に発揮した室温で動作する「Dy発光準位を利用した2〜3μm帯発光デバイス」の試作を行うことを第二の目的とする。本年度は、Dy原料にDy(MeCp)_3を新たに開発し、GaAsおよびInPへのDyドーピングを行うとともに、成長層中に添加されたDyの振舞いを評価した。二次イオン質量分析(SIMS)測定の結果、成長層中のDyが均一に添加されていること、また、その濃度はDy原料を通過する水素流量により制御できることを明らかにした。GaAsにおいて、1.1μm、1.3μm、1.7μm、2.8μm近傍に、Dy^<3+>イオンの4f殻内遷移(^6H_<7/2>,^6F_<9/2>-^6H_<15/2>、^6H_<9/2>、^6F_<11/2>-^6H_<15/2>、^6H_<11/2>-^6H_<15/2>、^6H_<13/2>-^6_<15/2>)に起因する特徴的な発光が観測された。半導体におけるDy発光の観測は世界で最初のものである。また、観測されたDy発光は試料作製時の成長条件に強く依存することを見出した。一方、InPにおいてはGaAsに比べてDy発光強度が1桁程度低く、GaAsとは異なる発光スペクトルを示すことを明らかにした。

This study で は, 2 ~ 3 microns 帯 に ス ピ ン orbital migration between quasi a を shown す こ と が be さ れ る Dy を add し た various organic metal 気 phase III - V semiconductor を エ ピ タ キ シ ャ ル (OMVPE) growth device を basic と し た, existing の atomic layer suppression エ ピ タ キ シ ャ を ル growth device with い て as し, Dy 発 を interpret light characteristics Youdaoplaceholder0 する とを first purpose とする. そ の interstate, both に master し て い る 蛍 light EXAFS や X-ray CTR scattered method と い っ た ミ ク ロ structure evaluation を 価 technology with い て Dy atomic weeks 辺 bureau structure と 発 light feature の masato even を Ming ら か に す る. さ ら に, そ れ ら feature about の を save points に 発 swing し た room temperature で action す る "を Dy 発 light must use し た 2 ~ 3 microns 帯 発 light デ バ イ ス" の attempt を line う こ と を second の purpose と す る. This year は, Dy materials に Dy (MeCp) _3 を new た に open 発 し, GaAs お よ び InP へ の Dy ド ー ピ ン グ を line う と と も に, growth layer に add さ れ た Dy の vibration dance い を review 価 し た. Secondary イ オ ン quality analysis (SIMS) の results, growth layer の Dy が uniform に add さ れ て い る こ と, ま た, そ の concentration は Dy を raw material through す る water element flow に よ り suppression で き る こ と を Ming ら か に し た. GaAs に お い て, 1.1 mu m, 1.3 mu m, 1.7 mu m, 2.8 mu m nearly alongside に, Dy ^ < 3 + > イ オ ン の 4 f the enclosed migration (^ 6 h_ < 7/2 >, ^ 6 f_ (9/2 > - ^ 6 h_ (15/2 >, ^ 6 h_ < 9/2 >, ^ 6 f_ < 1 > 6 h_ - ^ < 15/2 >, ^ 6 h _ < 1 > 6 h_ - ^ < 15/2 >, ^ 6 h_ < 13/2 > 6 - ^ _ < 15/2 >) cause に す る of 徴 な 発 light が 観 measuring さ れ た. Semiconductor におけるDy emits light における 観 measures における the world で the first である である である である. Youdaoplaceholder0 and 観 are used to measure the されたDy luminescence. During the preparation of the sample, the <s:1> growth conditions に strong く dependence する とを とを reveal the た た. One party, InP に お い て は GaAs に than べ て Dy 発 light intensity 1 low degree of girder く が, GaAs と は different な る 発 light ス ペ ク ト ル を shown す こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

L.BOLOTOV: "Semimetal to semiconductor transition in ErP islands grown on InP(001) due to quantum size effects"Physical Review B. 59(19). 12236-12239 (1999)

L.BOLOTOV：“由于量子尺寸效应，在 InP(001) 上生长的 ErP 岛中半金属到半导体的转变”物理评论 B. 59(19)。

Y.FUJIWARA: "Thermal quenching of Er-related luminescence in GaInP doped with Er by organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 38(2B). 1008-1011 (1999)

Y.FUJIWARA：“通过有机金属气相外延法对掺杂 Er 的 GaInP 中与 Er 相关的发光进行热猝灭”，《日本应用物理学杂志》。

L.BOLOTOV: "Nanoscale ErP islands on the InP(100)substrate grown by organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 38(2B). 1060-1063 (1999)

L.BOLOTOV：“通过有机金属气相外延生长在 InP(100) 衬底上的纳米级 ErP 岛”《日本应用物理学杂志》。

Y.FUJIWARA: "Luminescence properties of Er, O-codoped III-V semiconductors by organometallic vapor phase epitaxy"Physica B. 273-274. 770-773 (1999)

Y.FUJIWARA：“有机金属气相外延法研究 Er、O 共掺杂 III-V 族半导体的发光特性”Physica B. 273-274。

Y.Fujiwara: "Low-temperature photoluminescence study on Er-doped GaP by organometallic vapor phase epitaxy" Journal of Applied Physics. 83(9). 4902-4908 (1998)

Y.Fujiwara：“有机金属气相外延法对 Er 掺杂 GaP 的低温光致发光研究”应用物理学杂志。