光子モード制御を用いたＥｕ添加ＧａＮ赤色ＬＥＤの高輝度化

本年度は①「Eu添加GaNの発光メカニズムの解明」と、②「微小共振器を用いたEu添加GaN赤色LEDの発光強度増大とそのメカニズムの解明」に取り組んだ。具体的な内容を以下に示す。① Eu添加GaNの発光強度を増大させる指針を得るためには、発光メカニズムに対する深い理解が不可欠である。前年度、通常は解析されない時間分解フォトルミネッセンスの立ち上がり成分に注目し、Eu添加GaNの発光メカニズムに基づいた解析式を導出・適用することでエネルギー輸送過程の解明に成功した。また、解析で得られた値より、Euの発光遷移確率(W_Eu)が発光過程のボトルネックであることが判明した。今年度は、成長条件を変化させた試料の解析を行うことで、Eu添加GaNの発光メカニズムのさらに詳細な理解を試みた。その結果、Eu添加GaNの発光効率と発光強度は、GaNからEuへのエネルギー輸送レート、GaN母体での非輻射遷移レート、Eu発光サイト数、W_Euなどにより決定されることを、初めて定量的に明らかにした。② 微小共振器中では光の状態密度が変調されることで、発光遷移確率や発光の結合モード定数の増大が期待される。そこで、前年度は導電性AlInN/GaN DBRの成長条件を確立し、微小共振器構造を有するLEDを作製した結果、4.6倍の積分発光強度増大に成功した。そこで今年度は、微小共振器構造を有するLEDに対して詳細な解析を行った。結果として、GaNと空気界面の臨界角以下の発光成分が増大したために、光取り出し効率が向上したことが確認された。これは、時間領域有限差分法による計算結果とも、定性的に一致した。積分発光強度は4.6倍の増大、発光遷移確率は1.06倍の増大であったため、光取り出し効率は4.3倍の増大に成功した。

本年度は①「Eu添加GaNの発光メカニズムの解明」と、②「微小共振器を用いたEu添加GaN赤色LEDの発光強度増大とそのメカニズムの解明」に取り組んだ。具体的な内容を以下に示す。① Eu添加GaNの発光強度を増大させる指針を得るためには、発光メカニズムに対する深い理解が不可欠である。前年度、通常は解析されない時間分解フォトルミネッセンスの立ち上がり成分に注目し、Eu添加GaNの発光メカニズムに基づいた解析式を導出・適用することでエネルギー輸送過程の解明に成功した。また、解析で得られた値より、Euの発光遷移確率(W_Eu)が発光過程のボトルネックであることが判明した。今年度は、成長条件を変化させた試料の解析を行うことで、Eu添加GaNの発光メカニズムのさらに詳細な理解を試みた。その結果、Eu添加GaNの発光効率と発光強度は、GaNからEuへのエネルギー輸送レート、GaN母体での非輻射遷移レート、Eu発光サイト数、W_Euなどにより決定されることを、初めて定量的に明らかにした。② 微小共振器中では光の状態密度が変調されることで、発光遷移確率や発光の結合モード定数の増大が期待される。そこで、前年度は導電性AlInN/GaN DBRの成長条件を確立し、微小共振器構造を有するLEDを作製した結果、4.6倍の積分発光強度増大に成功した。そこで今年度は、微小共振器構造を有するLEDに対して詳細な解析を行った。結果として、GaNと空気界面の臨界角以下の発光成分が増大したために、光取り出し効率が向上したことが確認された。これは、時間領域有限差分法による計算結果とも、定性的に一致した。積分発光強度は4.6倍の増大、発光遷移確率は1.06倍の増大であったため、光取り出し効率は4.3倍の増大に成功した。