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論文

Study of ion-beam-induced damage and luminescence properties in terbium-implanted AlGaN

Park, J.-H.*; 若原 昭浩*; 岡田 浩*; 古川 雄三*; Kim, Y.-T.*; Chang, H.-J.*; Song, J.*; Shin, S.*; Lee, J.-H.*; 佐藤 真一郎; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 49(3), p.032401_1 - 032401_5, 2010/03

https://doi.org/10.1143/JJAP.49.032401
 被引用回数：1 パーセンタイル：5.52(Physics, Applied)

Terbium (Tb) ions were implanted into Al$$_{0.35}$$Ga$$_{0.65}$$N epitaxial layers at room temperature to investigate ion-beam-induced damage and luminescence properties at various doses of $$1times 10^{12}$$ - $$2.8times 10^{16}$$ Tb/cm$$^2$$. Rutherford backscattering spectrometry/channeling (RBS/channeling) reveals that on-beam-induced damage level steeply increases and that the damage cannot be fully recovered even after rapid thermal annealing at 1100 $$^{circ}$$C, when the dose exceeds $$5times 10^{14}$$ Tb/cm$$^2$$. On the other hand, cathodoluminescence (CL) intensity related to Tb$$^{3+}$$ transitions increased initially and saturated above a dose of $$1times 10^{13}$$ Tb/cm$$^2$$. The results suggest that Tb-related luminescence properties are much susceptible to defects and nonradiative defects, namely, Tb-defect complexes, are formed under low-dose conditions even at a very low structural defect density.

論文

Light emitting FET based-on spatially selective doping of Eu in AlGaN/GaN HEMT

岡田 浩*; 竹本 和正*; 及川 文武*; 古川 雄三*; 若原 昭浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武

Physica Status Solidi (C), 6(Suppl.2), p.S631 - S634, 2009/05

AlGaN/GaN高電子移動度(HEMT)に希土類元素の一種であるユーロピウム(Eu)を空間選択的にイオン注入して発光電界効果トランジスタ(FET)を作製し、そのデバイス特性について調べた。この発光トランジスタは、イオン注入した希土類元素が発光中心として働くことが期待される。作製したデバイスはトランジスタとして十分にゲート制御可能な電流・電圧特性を示し、ドレイン電極に20Vの電圧を印加するとEuイオンに起因する赤色光が明瞭に観察された。また、ショットキーゲートに負の電圧を印加すると、発光強度が減少することがわかった。このような概念で設計されたデバイスは、イオン注入するイオン種を変えることによって発光波長を変えることが可能であることから、新しい多色発光デバイスとして非常に有望である。

口頭

イオン注入法により希土類元素を添加した窒化物半導体三端子型発光デバイスの開発

岡田 浩*; 竹本 和正*; 下條 貴史*; 秦 貴幸*; 古川 雄三*; 若原 昭浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武

no journal, , 

発光素子とトランジスタを一体にした新しい窒化物半導体三端子型発光デバイスを開発し、その特性を評価した。デバイスの作製には$$alpha$$-Al$$_2$$O$$_3$$(0001)基板上に有機金属気相成長法(MOVPE)によってエピタキシャル成長したAlGaN/GaNのHEMT構造を用いた。まず、イオン注入のマスク層としてSiO$$_2$$層を堆積し、フォトリソグラフィーにより注入領域の窓開けを行った後に、Euを200keV, 5$$times$$10$$^{14}$$cm$$^{-2}$$でイオン注入した。イオン注入後はNH$$_3$$とN$$_2$$混合ガス雰囲気中で1050$$^{circ}$$C, 60分間のアニールを行った。その結果、作製したデバイスは、室温においてゲートバイアスによるドレイン電流制御性を含む良好なFET動作を示した。チャネルにイオン注入を行ったデバイスでは、イオン注入を行わなかったデバイスに比べるとチャネル抵抗の増大が見られ、またドレイン電極端で赤色の発光が観測された。これらの結果は衝突励起によりEuからの発光が得られたことを示しており、このような従来デバイスと異なる発光機構を持つデバイスは、放射線性損傷に強い宇宙用発光素子として期待できる。

口頭

希土類元素をイオン注入したAlGaNにおける注入損傷の光学的特性評価

岡田 浩*; Park, J.*; 秦 貴幸*; 若原 昭浩*; 古川 雄三*; 佐藤 真一郎; 大島 武

no journal, , 

窒化物半導体などのワイドバンドギャップ半導体に添加した希土類元素は、発光中心として有用な発光特性を示す。本研究では、希土類元素の注入条件と試料の結晶性、及び発光特性を総合的に評価するとともに、注入損傷が発光特性に及ぼす影響との関連性を検討した。有機金属気相成長法によってサファイア(0001)基板上に成長したAl$$_x$$Ga$$_{1-x}$$N($$x$$=0.35)薄膜に、200keVのTbイオンを1.0$$times$$10$$^{12}$$$$sim$$2.8$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$のドーズ量で注入し、注入損傷を回復させるためにN$$_2$$:NH$$_3=$$2:1, 1Torrの雰囲気下で1100$$^{circ}$$C,120秒の熱処理を行い、カソードルミネッセンス法によりTbの$$^{5}$$D$$_{4}$$$$rightarrow$$$$^{7}$$F$$_{6}$$遷移に起因する発光ピークを測定した。発光ピークの積分強度のTbドーズ量依存性を調べたところ、1$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$以下のドーズ量の低い試料では、積分強度は注入量の増加とともに強くなったが、1$$times$$10$$^{13}$$cm$$^{-2}$$以上の試料に対しては積分強度が飽和する傾向が見られることがわかった。

口頭

Electrical- and emission- characteristics dependence on ion implantation conditions of Eu-doped light emitting AlGaN/GaN HEMT

秦 貴幸*; 岡田 浩*; 若原 昭浩*; 古川 雄三*; 佐藤 真一郎; 大島 武

no journal, , 

Electrical- and emission characteristics dependence of the AlGaN/GaN HEMT samples on ion-implantation conditions were investigated in order to enhance the light emitting efficiency. The samples were implanted with 100 or 200 keV Eu ions at TIARA, JAEA, and then were annealed at 1100 $$^circ$$C in N$$_2$$:NH$$_3$$$$=$$2:1 for 2 minutes. Ohmic and Schottky gate formation was made by the conventional lift-off process. As a result, the conductance of the samples implanted with 200 keV Eu ions was two orders higher than the 100 keV Eu implanted samples. The result suggests that the Eu implantation conditions should be optimized by considering Eu ions and radiation damage profile in the samples.

口頭

希土類添加III族窒化物半導体を用いた三端子型発光デバイスの作製,3

秦 貴幸*; 岡田 浩*; 古川 雄三*; 若原 昭浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武

no journal, , 

本研究では、AlGaN/GaNの高電子移動度トランジスタ(HEMT)のチャネルに希土類元素Euをイオン注入した三端子型発光デバイスを提案・試作し、赤色発光及びゲートによるON, OFF制御を実現した。また、より効率の良い発光を目指して、Euのイオン注入条件最適化の検討を行った。注入量を1$$times$$10$$^{15}$$cm$$^{-2}$$に固定し、注入エネルギーと注入領域を変えて試料の発光強度を比較したところ、注入エネルギーをAlGaN/GaNの界面となる2DEG層中に注入プロファイルが最も高くなる200keVとし、注入領域をドレイン端に近づけたときに最も発光強度が大きくなるという結果を得た。この結果は、2DEG層内の加速された電子と注入Euの衝突によって発光が起こるために、チャネル中のドレイン端近傍に生じた大きな電界によってEu衝突発光が得やすくなったものと解釈できる。

口頭

AlGaN/GaN発光デバイスの希土類イオン注入条件についての検討

岡田 浩*; 秦 貴幸*; 近藤 正樹*; 古川 雄三*; 若原 昭浩*; 大島 武; 佐藤 真一郎

no journal, , 

われわれはこれまでに窒化物半導体ヘテロ構造であるAlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)構造に対してイオン注入法でEuを添加した三端子型発光デバイスを提案・試作し、その発光を報告してきた。電流注入発光(EL)素子として良好な特性を実現するためには、デバイス作製条件と電気的特性・発光特性との関連をふまえた最適化が必要であることから、イオン注入の注入量,エネルギーと、デバイスの電気的特性、発光特性との関連について検討を行った。その結果、作製したトランジスタ構造のチャネルコンダクタンスは、Eu注入量の増加とともに減少する傾向がみられ、これは主としてキャリア移動度の低下によるものであることがわかった。また、デバイスの電流注入発光を分光器を用いてスペクトル分析したところ、Euイオンの内殻遷移$$^5$$D$$_0$$$$rightarrow$$$$^7$$F$$_2$$に対応する620nm付近にピークを持っており、注入されたEu原子からの発光が得られていることが確認できた。

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