GaNに添加されたEu原子の能動的局所構造制御による高効率赤色発光の実現

通过对GaN中添加的Eu原子进行主动局域结构控制，实现高效红光发射

• 批准号: 23686099
• 负责人: 西川 敦
• 金额: $ 5.08万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23686099/
• 关键词: ユウロピウム; 窒化ガリウム; GaN基板; Si基板; 赤色発光素子; XAFS; 局所構造制御; エレクトロルミネセンス

GaN中に添加されたEuの発光遷移確率はEu原子の周辺局所構造に強く依存している。とくにGaN系材料は従来のGaAsやSi系材料と比較して、貫通転位が桁違いに多く含まれる。そこで、本研究では転位密度の異なるGaN母体材料を、格子定数の異なる種々の基板(Si、サファイア、SiC、GaN)を用いることによって作製し、発光特性との関係を調べた。試料の作製は有機金属気相成長法により行い、サファイア基板上には低温GaNバッファ層、無添加GaN層1.7μm、Eu添加GaN(GaN:Eu)層300nmを積層し、GaN基板及びSi基板上GaNテンプレート上には再成長により無添加GaN層170nm、GaN:Eu層300nmを積層した。Si基板上、サファイア基板上、GaN基板上GaNの(002)面におけるロッキングカーブ半値幅はそれぞれ958、187、76arcsecと格子定数差及び熱膨張係数差の増大により半値幅が増大する。これらロッキングカーブ半値幅と貫通転位密度の関係式からGaN母体材料の転位密度の変化は10^9cm^<-2>から10^7cm^<-2>までに対応する。次に転位密度の違いがEu発光特性に及ぼす影響を調べるため、PL測定を行った。PLスペクトルにはEuイオンにおける^5D_0-^7F_2遷移に対応する発光ピークが複数観測された。これらの発光ピークは複数のEu発光センターによる発光が重畳したものであり、ピーク比の変化はEu発光センターの存在比が変化していることを示す。本研究により貫通転位の異なる母体材料によって、Eu発光センターの存在比が制御できることが明らかとなった。とくにGaN基板を用いることによって、従来のサファイア基板上GaN:Euと比較して積分強度が2.3倍と増大することがわかった。よって、転位密度の低いGaN基板上にGaN:Euを作製することにより、Eu高輝度発光を実現できることが示された。GaN基板は導電性を有し、基板裏面に電極を形成した縦型伝導LED構造を作製することが可能であるため、今後は、縦型伝導LEDによる電流注入高輝度Eu発光への応用が期待される。

The luminescence mobility of Eu doped in GaN depends strongly on the structure of Eu atoms in the periphery. GaN-based materials, GaAs and Si-based materials are more common than GaN-based materials. In this study, the relationship between the site density and the lattice density of GaN parent materials, the substrate (Si, SiC, GaN), and the optical emission characteristics was studied. The sample was prepared by organic metal phase growth method. Low temperature GaN layer, undoped GaN layer 1.7μm, Eu-doped GaN(GaN:Eu) layer 300nm were stacked on the substrate. GaN layer 170nm, undoped GaN layer 300nm were stacked on GaN substrate and Si substrate. On Si substrate, on Si substrate, on GaN substrate, on GaN substrate GaN (002) plane, the half-width of lattice constant difference and thermal expansion coefficient difference increase, and the half-width increases. The relationship between the half-amplitude and the through-potential density of GaN parent materials varies from 10^9 cm <-2>^to 10^7 cm ^<-2>. In addition, the emission characteristics of Eu and its influence on PL measurement are also discussed. PL: Eu ~+ The light emission ratio of the Eu emission system is higher than that of the Eu emission system. In this study, the existence ratio of Eu emission in the parent material is determined by the difference between the penetration position and the emission position. GaN:Eu on GaN substrate increased by 2.3 times GaN:Eu on GaN substrate with low site density is produced by high luminance emission of Eu. GaN substrate has conductivity, electrode formation on substrate surface, and LED structure fabrication. It is expected that current injection into LED structure with high luminance will be performed in the future.

项目成果

Nature and excitation mechanism of the emission-dominating minority Eu-center in GaN grown by organometalic vapor-phase epitaxy

有机金属气相外延生长GaN中发射主导的少数Eu中心的性质和激发机制

• DOI: 10.1557/opl.2011.1049
• 发表时间: 2012
• 期刊: Materials Research Society Symposium Proceedings
• 作者: J.Poplawsky;N.Woodward;A.Nishikawa;Y.Fujiwara;V.Dierolf
• 通讯作者: V.Dierolf

Fluorescence XAFS analysis on Eu-doped AlGaN layer grown by organometallic vapor phase epitaxy

有机金属气相外延生长的 Eu 掺杂 AlGaN 层的荧光 XAFS 分析

• 发表时间: 2011
• 作者: H.Ofuchi;K.Kawabata;A.Nishikawa;D.Lee;N.Furukawa;Y.Terai;T.Honma;Y.Fujiwara
• 通讯作者: Y.Fujiwara

Investigations of stimulated emission in Er- and Eu-doped GaN

Er 和 Eu 掺杂 GaN 的受激发射研究

• 发表时间: 2011
• 作者: N.N.Ha;K.Dohnalova;T.Gregorkiewicz;A.Nishikawa;Y.Fujiwara
• 通讯作者: Y.Fujiwara

Electroluminescence properties of Eu-doped GaN-based light-emitting diodes grown by organometallic vapor phase epitaxy

有机金属气相外延生长的Eu掺杂GaN基发光二极管的电致发光特性

• DOI: 10.1557/opl.2011.994
• 发表时间: 2012
• 期刊: Materials Research Society Symposium Proceedings
• 作者: A.Nishikawa;N.Furukawa;D.Lee;K.Kawabata;T.Matsuno;R.Harada;Y.Terai;Y.Fujiwara
• 通讯作者: Y.Fujiwara

Effect of V/III ratio on luminescence and structural properties in Eu-doped GaN grown by organometallic vapor phase epitaxy

V/III比对有机金属气相外延生长的Eu掺杂GaN发光和结构性能的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: A.Nishikawa;H.Ofuchi;N.Furukawa;D.Lee;K.Kawabata;T.Matsuno;Y.Terai;T.Honma;Y.Fujiwara
• 通讯作者: Y.Fujiwara