室温動作2〜3μm帯半導体レーザ用材料:Dy添加III-V族半導体の作製と発光特性

室温工作2-3μm波段半导体激光材料：掺镝III-V族半导体的制备和发射特性

基本信息

批准号：
10875070
负责人：
藤原康文
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、2〜3μm帯にスピン軌道準位間遷移を示すことが予測されるDyを添加した各種III-V族半導体を有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)成長装置を基本とした、既存の原子層制御エピタキシャル成長装置を用いて作製し、Dy発光特性を解明することを第一の目的とする。その際、既に掌握している蛍光EXAFS法やX線CTR散乱法といったミクロ構造評価技術を用いてDy原子周辺局所構造と発光特性の関連を明らかにする。さらに、それら材料の特性を存分に発揮した室温で動作する「Dy発光準位を利用した2〜3μm帯発光デバイス」の試作を行うことを第二の目的とする。本年度は、Dy原料にDy(MeCp)_3を新たに開発し、GaAsおよびInPへのDyドーピングを行うとともに、成長層中に添加されたDyの振舞いを評価した。二次イオン質量分析(SIMS)測定の結果、成長層中のDyが均一に添加されていること、また、その濃度はDy原料を通過する水素流量により制御できることを明らかにした。GaAsにおいて、1.1μm、1.3μm、1.7μm、2.8μm近傍に、Dy^<3+>イオンの4f殻内遷移(^6H_<7/2>,^6F_<9/2>-^6H_<15/2>、^6H_<9/2>、^6F_<11/2>-^6H_<15/2>、^6H_<11/2>-^6H_<15/2>、^6H_<13/2>-^6_<15/2>)に起因する特徴的な発光が観測された。半導体におけるDy発光の観測は世界で最初のものである。また、観測されたDy発光は試料作製時の成長条件に強く依存することを見出した。一方、InPにおいてはGaAsに比べてDy発光強度が1桁程度低く、GaAsとは異なる発光スペクトルを示すことを明らかにした。

在这项研究中，使用现有的金属有机气相外延 (OMVPE) 生长设备生长了各种掺杂 Dy 的 III-V 族半导体，预计这些半导体将在 2-3 μm 波段表现出自旋轨道层间跃迁。目的是使用原子层控制外延生长系统来制造它并阐明 Dy 发射特性。在此过程中，我们将利用荧光 EXAFS 和 X 射线 CTR 散射等现有的微观结构评估技术来阐明 Dy 原子周围的局部结构与发光特性之间的关系。此外，第二个目标是原型制作“使用 Dy 发射水平的 2-3 μm 波段发光器件”，该器件可以在室温下运行并充分利用这些材料的特性。今年，我们新开发了Dy(MeCp)_3作为Dy原料，将Dy掺杂到GaAs和InP中，并评估了添加到生长层中的Dy的行为。二次离子质谱（SIMS）测量表明，Dy均匀地添加在生长层中，并且其浓度可以通过通过Dy源材料的氢气流量来控制。在 GaAs 中，Dy^<3+> 离子的 4f 壳内跃迁 (^6H_<7/2>,^6F_<9/2>-^6H_<15 /2>, ^6H_ <9/2>、^6F_<11/2>-^6H_<15/2>、^6H_<11/2>-^6H_<15/2>、^6H_<13/2>-^6_<15观察到由/2>)引起的特征发光。这是世界上首次观察到半导体中的镝发射。我们还发现观察到的 Dy 发光强烈依赖于样品制备过程中的生长条件。另一方面，可知InP的Dy发光强度比GaAs低一个数量级左右，并且显示出与GaAs不同的发光光谱。