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Improvement of luminescence capability of Tb$$^{3+}$$-related emission by Al$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$N

Al$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$N中のTb$$^{3+}$$関与の発光特性の改善

中西 康夫*; 若原 昭浩*; 岡田 浩*; 吉田 明*; 大島 武; 伊藤 久義

Nakanishi, Yasuo*; Wakahara, Akihiro*; Okada, Hiroshi*; Yoshida, Akira*; Oshima, Takeshi; Ito, Hisayoshi

窒化物半導体の光通信用素子への応用を目的に、TbドープAl$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$Nの発光特性を調べた。これまで、TbドープGaNでは4f-4f遷移による500nm$$sim$$600nmの波長を持つ発光特性が低温で出現すること,室温では熱消滅により発光が急激に減少することを明らかにしているが、素子応用にはより高温での発光特性が望まれる。本研究では、Al組成比を変化させることでバンドギャップを変化させ、熱消滅の要因となるErのトラップレベルからの電子の漏れを防ぐことを狙った。試料はサファイア基板上に有機金属気相成長法により作製した。Tbドープにはイオン注入(200keV, 1$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$)を用いた。注入後、結晶性の回復のため10%アンモニア含有窒素中で1000から1150$$^{circ}$$Cの熱処理を行った。フォトルミネッセンスにより発光特性を調べた結果、14Kの低温においてx=0.1ではx=0に比べ5倍強度が強いことが明らかとなった。発光強度の温度依存性を調べたところ、x=0の試料では7.8meVの活性化エネルギーで発光が消滅するが、xの増加とともに活性化エネルギーが上昇し、x=0.1では70meVとなり、Alの混晶効果により高温でも安定な発光が得られることが見いだされた。

Luminescence propeties of Tb-doped Al$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$N were studied. The samples were grown on sapphire substrates using OMVPE. Tb implantation was cariied out to introduce Tb into samples. After implantation, samples were annealed at 1000 to 1150 $$^{o}$$C in 10% NH$$_{3}$$ diluted with N$$_{2}$$. The luminescence intensity for Al$$_{x}$$Ga$$_{1-x}$$N x=0.1 is 5 times stronger than that for x=0 at 14 K. The luminesecence intensity for GaN rapidly decreases with temperature and its activation enegy is 7.8 meV. With increasing Al content, the activation enegy increases, and the activation energy for Al$$_{0.1}$$Ga$$_{0.9}$$N is 70 meV.

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パーセンタイル:64.98

分野:Physics, Condensed Matter

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