希土類添加半導体の励起・緩和機構の解明と波長超安定発光デバイス高性能化への応用

阐明稀土掺杂半导体的激发/弛豫机制及其在高性能超稳定发光器件中的应用

基本信息

批准号：
18360150
负责人：
藤原康文
金额：
$ 10.87万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18360150/
关键词：
秩序制御高次機能発光ダイナミクス局所構造制御希土類元素

项目摘要

本研究では「電流注入による希土類発光準位を介する誘導放出」を用いた波長超安定新規半導体レーザを実現することに最終目標を設定する。高品質な希土類元素添加III-V族半導体の作製には、既に我々のグループで構築している原子レベル制御不純物添加技術(有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法を基盤としており、高い発光効率を示すように設計された希土類原子周辺局所構造を選択的に作り込むことが可能である。)を用いる。本年度は、発光デバイス性能をより一層向上させる指針を得るために一旦、物性研究に立ち返り、「完全秩序制御」されたEr原子周辺局所構造におけるErイオンの励起および緩和機構を理解することに研究の焦点を定めた。得られた知見を以下にまとめる。(1)非平衡キャリアダイナミクスをより定量的に調べるために、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。(2)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発光特性を調べた。その励起フォトンフラックス依存性よりEr光励起断面積を見積もったところ、これまでの最大値2x10^<-15>cm^2を得た。(3)Er発光強度の測定温度依存性を調べたところ、40Kより低温側でEr発光強度が増大する新奇な現象を見出した。この現象はGaAsバンド端でのC発光と強い相関を示しており、Cアクセプターから放出された正孔に起因するオージェ機構によることを明らかにした。

这项研究的最终目标是利用“通过电流注入通过稀土发射水平进行受激发射”来实现具有超稳定波长的新型半导体激光器。高质量稀土元素掺杂III-V族半导体的生产基于本课题组已建立的原子级控制杂质掺杂技术（有机金属气相外延（OMVPE）法，实现了高发光效率可以选择性地在稀土原子周围创建局部结构，如图 1 所示。今年，为了获得进一步提高发光器件性能的指导方针，我们将回归物理性质研究，重点研究Er原子周围局域结构中Er离子的激发和弛豫机制，受到“完美秩序控制”的关注。所得结果总结如下。 (1)为了更定量地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。 (2)制备了极低Er掺杂浓度(约1×10^<17>cm^-3>)的GaAs:Er,0并研究了Er发射特性。当我们根据激发光子通量对 Er 光激发截面进行估计时，我们获得了迄今为止的最大值 2x10^<-15>cm^2。 (3)当我们研究Er发射强度的测量温度依赖性时，我们发现了一种新现象，即Er发射强度在温度低于40K时增加。这种现象与GaAs能带边缘的C发射有很强的相关性，并被揭示是由于C受体发射空穴引起的俄歇机制所致。

项目成果

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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

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium
影响因子：
0
作者：
吉田貴則;松浦祐司;K.Nakamura;S.Takemoto;K.Hidaka;S.Takemoto
通讯作者：
S.Takemoto

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

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physica B 376-377
影响因子：
0
作者：
M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura
通讯作者：
K.Nakamura

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

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium
影响因子：
0
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

Magnetic properties of Er,O-codoped GaAs at low temperature

Er,O共掺杂GaAs的低温磁性能

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Physica Status Solidi (c) 3(12)
影响因子：
0
作者：
M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura;S.Takemoto
通讯作者：
S.Takemoto

Photoluminescence properties of Er,O-codoped GaAs grown by organometallic vapor phase epitaxy using Er(DPM)_3

Er(DPM)_3 有机金属气相外延生长的 Er,O 共掺杂 GaAs 的光致发光特性

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Extended Abstracts of the 25th Electronic Materials Symposium
影响因子：
0
作者：
M.de Boissieu;S.Francoual;Y.Kaneko;T.Ishimasa;K.Nakamura;S.Takemoto;K.Hidaka
通讯作者：
K.Hidaka

DOI：
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通讯作者：
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发表时间：
2023
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2019
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作者：
山内あさひ;小松天太;池田和久;上杉謙二郎;正直花奈子;三宅秀人;彦坂年輝;布上真也;森川隆哉;藤原康文;上向井正裕;谷川智之;片山竜二;M. Uemukai，S. Yamaguchi，A. Yamauchi，D. Tazuke，A. Higuchi，R. Tanabe，T. Tanikawa，T. Hikosaka，S. Nunoue，Y. Hayashi，H. Miyake，Y. Fujiwara and R. Katayama;Y. Morioka，M. Uemukai，T. Tanikawa，K. Uesugi，K. Shojiki，H. Miyake2，T. Morikawa，Y. Fujiwara and R. Katayama;T. Komatsu，R. Noro，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;D. Tazuke，A. Higuchi，T. Hikosaka，T. Oka，S. Nunoue，M. Uemukai，T .Tanikawa and R. Katayama;A. Higuchi，D. Tazuke，T. Hikosaka， T. Oka，S. Nunoue，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;T. Nagata，S. Umeda，T. Hikosaka，S. Nunoue，T. Morikawa，Y. Fujiwara，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;S. Umeda，T. Nagata，T. Hikosaka，S. Nuoue，T. Morikawa，Y. Fujiwara，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;Y. Morioka，M. Uemukai，K. Uesugi，K. Shojiki，H. Miyake，T. Morikawa，Y. Fujiwara，T. Tanikawa and R. Katayama;A. Yamauchi，T. Komatsu，K. Ikeda，K. Uesugi，K. Shojiki，H. Miyake，T. Hikosaka，S. Nunoue，T. Morikawa，Y. Fujiwara，M. Uemukai，T. Tanikawa and R. Katayama;Ryo Tanabe，Naoki Yokoyama，Masahiro Uemukai，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama;Takumi Nagata，Masahiro Uemukai，Toshiki Hikosaka，Shinya Nunoue，Takaya Morikawa，Yasufumi Fujiwara，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama
通讯作者：
Takumi Nagata，Masahiro Uemukai，Toshiki Hikosaka，Shinya Nunoue，Takaya Morikawa，Yasufumi Fujiwara，Tomoyuki Tanikawa and Ryuji Katayama