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窒化アルミニウム系深紫外半導体における高密度励起子系の光物性評価と光機能性

Research Project

Project/Area Number 19032007
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

山田 陽一  Yamaguchi University, 大学院・理工学研究科, 准教授 (00251033)

Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥8,700,000 (Direct Cost: ¥8,700,000)
Fiscal Year 2008: ¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000)
Fiscal Year 2007: ¥4,300,000 (Direct Cost: ¥4,300,000)
Keywords窒化アルミニウム / 深紫外波長領域 / 励起子 / 励起子分子 / 振動子強度 / 分極パラメータ / 励起子ポラリトン / 励起子工学 / 結合エネルギー / フォトルミネッセンス / 反射スペクトル / 有効質量比
Research Abstract

高品質窒化アルミニウム(AIN)薄膜における反射スペクトルの温度依存性の測定を行い、励起子系の基礎物性値を評価した。測定に用いた試料は、r面サファイア基板上選択横方向成長技術を用いて成長されたa面AIN薄膜である。まず、低温7Kにおいて観測された反射スペクトルに対して、ローレンツ振動子モデルを用いたフィッティング解析を行った。その結果、横型励起子共鳴エネルギーをE_T=6.0345eV, 分極パラメータを4πα=11.4×10^<-3>, 減衰定数をhГ=10.6meVとすることにより測定結果をうまくフィッティングできることが分かった。このフィッティング解析により得られた分極パラメータの値より、Lyddane-Sachs-Tellerの関係式を用いて励起子の縦型-横型分裂エネルギーを計算すると、Δ_<LT>=7.3meVを得た。さらに、励起子の振動子強度を計算すると、f=6.2×10^<-3>を得た。これらの値は、GaNにおける値(Δ_<LT>=0.9meV, f=5.4×10^<-4>)と比較すると約1桁大きく、AINは非常に大きな励起子効果を有していることが分かる。反射スペクトルにおける励起子共鳴構造は、室温においても明瞭に観測され、フィッティング解析による横型励起子共鳴エネルギーと減衰定数の温度依存性の導出を可能にした。一方、発光スペクトルの温度依存性では、反射スペクトルとの対応より、室温においても自由励起子発光線が明瞭に観測されることを明らかにした。また、100K以上の温度領域では、励起子ポラリトンの下分枝からの発光(横型励起子の発光)に加えて、上分枝からの発光(縦型励起子の発光)も観測された。この結果は、温度上昇に伴う励起子ポラリトンの下分枝から上分枝への熱的占有を反映しており、励起子の縦型-横型分裂エネルギーの値(Δ_<LT>=7.3meV)を考慮して、定量的に矛盾なく説明できる。

Report

(2 results)
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2008 2007

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (15 results)

  • [Journal Article] Photoluminescence from highly-excited AIN epitaxial layers2008

    • Author(s)
      Yoichi Yamada, et.al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 92(13)

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamics of biexciton localization in Al_xGa_<1-x> N mixed crystals under exciton resonant excitation2008

    • Author(s)
      Daisuke Hirano, et.al.
    • Journal Title

      Physical Review B 77(19)

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      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature dependence of localized exciton transitions in AlGaN ternary alloyepitaxial layers2008

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et.al.
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics 104(5)

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recombination dynamics of localized excitons in AlGaN-based quantum wells2008

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et.al.
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (c) 5(6)

      Pages: 2274-2276

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Population dynamics of localized biexcitons in Al_xGa_1xN ternary alloys2007

    • Author(s)
      Yoichi Yamada, et. al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 91(19)

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Localization-induced inhomogeneous screening of internal electric field in AlGaN-based quantum wells2007

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et. al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 91(23)

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      2007 Annual Research Report
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  • [Presentation] AlGaN混晶薄膜における励起子の局在化2008

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      第19回光物性研究会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学
    • Year and Date
      2008-12-06
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  • [Presentation] Discrete luminescence bands in AlGaN-based quantum wells2008

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et.al.
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2008
    • Place of Presentation
      Montreux (Switzerland)
    • Year and Date
      2008-10-08
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] AlGaN系量子井戸構造におけるPLスペクトルの励起パワー密度依存性2008

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      第69回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2008-09-04
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] AlGaN混晶薄膜における局在エネルギーと励起子発光線幅の関係2008

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      第69回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2008-09-04
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] AlGaN系量子井戸構造からの2準位発光2008

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      日本物理学会中国支部・四国支部、応用物理学会中国四国支部2008年度支部学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2008-08-02
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Rapid localization of biexcitons in AlxGa 1-xN mixed crystals2008

    • Author(s)
      Daisuke Hirano, et.al.
    • Organizer
      The 15th International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter
    • Place of Presentation
      Lyon (France)
    • Year and Date
      2008-07-09
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Free-and bound-biexciton luminescence from AlN epitaxial layers2008

    • Author(s)
      Yoichi Yamada, et.al.
    • Organizer
      The 8th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter
    • Place of Presentation
      Kyoto (Japan)
    • Year and Date
      2008-06-24
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] AlGaN系量子井戸構造における不均一発光分布のSNOM観察2007

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      第18回光物性研究会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学
    • Year and Date
      2007-12-15
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Temperature dependence of near-field photoluminescence distribution in AlGaN-based quantum wells2007

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et. al.
    • Organizer
      First International Conference on White LEDs and Solid State Lighting
    • Place of Presentation
      Tokyo (Japan)
    • Year and Date
      2007-11-28
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Scanning near-field optical microscopy of AlGaN-based quantum wells2007

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et. al.
    • Organizer
      7th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Las Vegas (USA)
    • Year and Date
      2007-09-19
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Recombination dynamics of localized excitons in AlGaN-based quantum wells2007

    • Author(s)
      Hideaki Murotani, et. al.
    • Organizer
      7th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Las Vegas (USA)
    • Year and Date
      2007-09-19
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Internal quantum effciency of Al_xGa1_xN(O<X<1)on AIN template2007

    • Author(s)
      Narihito Okada, et. al.
    • Organizer
      7th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Las Vegas (USA)
    • Year and Date
      2007-09-19
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Stimulated emission from nonpolar and polar AIN2007

    • Author(s)
      Narihito Okada, et. al.
    • Organizer
      7th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Las Vegas (USA)
    • Year and Date
      2007-09-19
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] AlGaN系量子井戸構造における近接場発光分布の温度依存性2007

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      第68回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道工業大学
    • Year and Date
      2007-09-06
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] AIN薄膜からの励起子分子発光2007

    • Author(s)
      室谷英彰, 他
    • Organizer
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      日本大学
    • Year and Date
      2007-03-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2018-03-28  

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