希土類添加半導体の秩序制御と高次発光機能の発現

稀土掺杂半导体的有序控制及高阶发光函数的表达

• 批准号: 17042016
• 负责人: 藤原 康文
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17042016/
• 关键词: 秩序制御; 高次発光機能; 発光ダイナミクス; 局所構造制御; 希土類元素; 局所構造

我々は過去数年間に渡り、III-V族半導体中で希土類元素を原子のレベルで操ることにより、新しい物性・機能を効果的に発現させるとともに、それらを有効に活用した新規デバイスを創出することを目指している。現在のところ、Er原子周辺局所構造がEr-20配置へ秩序制御されたEr,0共添加GaAs(GaAs:Er,0)を取り上げ、それを活性層とした電流注入型1.5μm帯Er発光ダイオードの室温動作に世界に先駆けて成功している。また、Er発光ダイナミクス測定から電流注入下でのEr励起断面積を見積り、活性層厚300nmにおいて1x10^<-15>cm^2という巨大な値を得ている。昨年度は、発光デバイス性能をより一層向上させる指針を得ることを目的に、GaAs:Er,0におけるポンプ・プローブ光反射率測定を行い、ピコ秒の時間軸で発現する特徴的な励起機構を明らかにした。また、光励起下でのEr発光特性の解析より、Er濃度に依存する非輻射プロセスを明らかにした。今年度は、有機金属気相エピタキシャル法によりEr添加濃度が極めて低いGaAs:Er,0(1x10^<17>cm^<-3>程度)を作製し、Er発光特性や光励起キャリアダイナミクスの評価を通じて、Erイオンの励起および緩和過程に関する理解をより一層深めることを目指した。得られた知見は下記の通りである。(1)77Kにおいてフォトルミネッセンス測定を行ったところ、すべての試料において、GaAsバンド端発光とEr-20発光の両方が観測された。また、それらの発光強度が作製時のEr流量(Er添加量)に依存して相補的に変化することを明らかにした。(2)そのGaAs:Er,0を活性層としたGaInP/GaAs:Er,0/GaInPダブルヘテロレーザ構造を作製し、室温においてGaAsバンド端でのレーザ発振を観測した。また、その発振閾値電流はEr添加量とともに増大した。(3)非平衡キャリアダイナミクスを調べるために、ポンプ・プローブ光透過率測定系を新たに構築した。Er添加特有の早い緩和成分を見出し、GaAs:Er,0においてより顕著であることを明らかにした。

在过去的几年里，我们一直致力于通过在原子水平上操纵III-V族半导体中的稀土元素来有效地开发新的物理性质和功能，并创造出有效利用它们的新设备。目前，我们利用Er,0共掺杂GaAs（GaAs:Er,0）开发了电流注入型1.5μm波段Er发光二极管，其中Er原子周围的局域结构有序为Er-20排列，并用它作为活性层，我们是世界上第一个成功实现室温操作的。此外，我们通过测量 Er 发射动力学来估计电流注入下的 Er 激发截面，并在活性层厚度为 300 nm 时获得了 1x10^<-15>cm^2 的巨大值。去年，为了获得进一步提高发光器件性能的指导方针，我们在GaAs:Er,0中进行了泵浦探针光反射率测量，并阐明了我制作的皮秒时间轴上发生的特征激发机制。它。此外，通过分析光激发下的Er发射特性，我们揭示了依赖于Er浓度的非辐射过程。今年，我们将采用有机金属气相外延法制备极低Er掺杂浓度的GaAs:Er,0（约1x10^<17>cm^<-3>），并评估Er发射特性和光生载流子动力学我们的目的是进一步加深对铒离子的激发和弛豫过程的理解。所得结果如下。 (1)当在77K进行光致发光测量时，在所有样品中均观察到GaAs带边发射和Er-20发射。我们还发现，它们的发射强度根据制造过程中的 Er 流量（Er 添加量）而互补变化。 (2)以GaAs:Er,0为有源层制备了GaInP/GaAs:Er,0/GaInP双异质激光器结构,并在室温下观察到GaAs带边处的激光振荡。此外，振荡阈值电流随着Er添加量的增加而增加。 (3)为了研究非平衡载流子动力学，构建了一种新型泵浦探针光学透过率测量系统。我们发现了 Er 添加所特有的快速弛豫成分，并发现它在 GaAs:Er,0 中更为明显。

项目成果

Ultrafast relaxation process of photoexcited carriers in Er-doped GaAs

Er掺杂GaAs中光生载流子的超快弛豫过程

• 发表时间: 2006
• 期刊: Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium
• 作者: 吉田貴則;松浦祐司;K.Nakamura;S.Takemoto;K.Hidaka;S.Takemoto
• 通讯作者: S.Takemoto

Terahertz radiation from Er,O-codoped GaAs surface

来自 Er,O 共掺杂 GaAs 表面的太赫兹辐射

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings 772
• 作者: M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura;S.Takemoto;K.Hidaka;T.Tokuno;Y.Fujiwara;M.Suzuki
• 通讯作者: M.Suzuki

Oxygen concentration dependence of Er optical excitation cross section in Er,O-codoped GaAs

Er,O 共掺杂 GaAs 中 Er 光激发截面的氧浓度依赖性

• 发表时间: 2006
• 期刊: Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium
• 作者: M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura;S.Takemoto;K.Hidaka;T.Tokuno
• 通讯作者: T.Tokuno

Nonequilibrium carrier dynamics studied in Er,O-codoped GaAs by pump-probe reflection technique

利用泵浦探针反射技术研究 Er,O 共掺杂 GaAs 中的非平衡载流子动力学

• 发表时间: 2005
• 期刊: Materials Research Society Symposium Proceedings, Rare-Earth Doping for Optoelectronic Applications 866
• 作者: K.Nakamura;Y.Fujiwara;Y.Fujiwara;Y.Fujiwara
• 通讯作者: Y.Fujiwara

Direct observation of trapping of photoexcited carriers in Er,O-codoped GaAs

直接观察 Er,O 共掺杂 GaAs 中光生载流子的捕获

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physica B 376-377
• 作者: M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura
• 通讯作者: K.Nakamura