2017 Fiscal Year Annual Research Report
フォノン科学による特異構造3次元分光評価と応用欠陥物性
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06425
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
石谷 善博 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60291481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠塚 雄三 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30144918)
MA BEI 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (90718420)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 特異構造 / フォノン / 深い準位 / 複合材料 / エネルギー局在 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フォノン系に着目した結晶欠陥を中心とする結晶構造解析およびフォノン制御を行う特異構造の提案、キャリアダイナミクス評価・制御方法の提案を目的としている。平成28年度はフォノンダイナミクスに基づく結晶特異構造の実験的・理論的評価基盤の整備を目的に設定した。
H29年度、赤外分光特異構造評価では表面フォノンポラリトン、表面からは通常観察できない金属裏側の金属半導体界面ポラリトンが観測され、これらを用いた界面評価が可能であることが分かった。また金属半導体ライン/スペースのストライプ構造からの全半値幅11/cmの急峻なTHz輻射に成功し、界面分極状態の評価にこれを応用できると考えられる。
励起子ダイナミクスでは、フォノン過程を取り入れた空間の全エネルギーダイナミクスを解析するコードが構築され、励起子の発光寿命の決定要因についてこれまで見落とされていた高次励起子準位へのポピュレーション分布によるライフタイム増加が起こることが分かった。また深い準位を形成する欠陥においてエネルギー局在状態を評価する手法について、禁制帯幅以下のエネルギーを持つレーザによるフォトルミネッセンス解析により可能となること、バンド間励起を行わないことが肝要であることが分かった。
共焦点ラマン分光による3次元欠陥構造評価では、長時間の測定を可能とする試料台の安定化、ルミネッセンス成分の精度良い差し引きから微小信号を取り出すためのソフトウエアの改造がなされ、GaInNの組成不均一のある場における熱輸送の解析が可能であることが実験的に明らかになった。フォノン輸送制御にでは、第一原理計算により求めた原子間の力定数に基づいて分子動力学法によるフォノン輸送解析がなされ、GaNのGa空孔においてN空孔より多くのフォノンエネルギーがトラップされることが分かった。
以上、特異構造におけるフォノン過程の解明を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非熱平衡励起子系のフォノン過程・電子衝突過程・励起子衝突過程を取り入れたコードが構築された。今後欠陥効果の導入、量子構造への展開が可能になった。フォノン輸送では分子動力学法による計算コードが製作され、欠陥構造によるエネルギー局在性を議論できるようになった。コードの改善が必要であるが議論をすることが可能になった。ラマン分光装置では導入後、試料台の長時間（数日）の位置安定化、PL成分の精度良いっし引きのためのソフトウエア変更などがなされ、空間的熱輸送を示すデータが出始めた。構造欠陥における格子振動状態の解析が進んだ。赤外分光では金属半導体界面の界面ポラリトンの閉じ込め状態などが解明され、赤外分光の方法論が拡張され、特異構造評価手法が広がった。これらのことから研究がおよそ順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度以降では、改造されたラマン分光装置を用いて、GaInNやAlInNの熱輸送メカニズムの解明とヘテロ界面を用いた熱輸送制御法の提案、様々な結晶欠陥における熱局在状態の解明と非輻射再結合や欠陥増殖との関連の解明を理論・実験両面から進める。THz領域でのLOフォノン共鳴発光の発現を利用してLOフォノン放出構造の導入による励起子安定化の可能性を検討する。また結晶欠陥におけるエネルギー局在の違いを欠陥ごとに分類し、結晶欠陥を用いたエネルギー制御法への展開を図る。これらによりエネルギー局在による量子井戸からの電子・正孔取り出し効率の向上など素子特性制御につながるフォノンダイナミクス制御物理の開拓とそのための構造評価を進める。
また、フォノンが主体となったTHz域から中赤外域の発光現象につちいても構造依存性を明らかにし特異な構造を持つ場におけるフォノンと輻射の結合を強め、また量子干渉を効率的に起こす構造の検討を進め赤外域での特異構造の展開も進める。
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