ワイドギャップ半導体における非輻射再結合機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450011
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 川上 養一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (30214604)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野山 雄 松下電器産業株式会社, 先端技術研究所, 主担当(研究職) ; 船戸 充 京都大学, 工学研究科, 講師 (70240827) ; 藤田 茂夫 京都大学, 工学研究科, 教授 (30026231)
• Keywords: ワイドギャップ半導体 / 励起子 / 輻射再結合 / 非輻射再結合 / 近接場工学 / 過渡グレーティング法 / 熱レンズ法 / 時間・空間ダイナミクス

Research Abstract

GaN系半導体光デバイスの発光効率を改善するには,光励起・電流注入で発生したキャリアのダイナミクスの解明が必要である。特に室温では大部分のキャリアが非輻射再結合により失活するため,その機構を解明し,低減することが発光効率改善につながる。GaNにおいて貫通転位密が非輻射再結合中心として作用することが報告されており,それを低減するために,横方向選択成長技術によってTDD=10^6cm^2程度の低転位GaNが実現されてきた。このような低転位GaNを用いて,非輻射再結合と貫通転位の関係が様々な分光学的手法で研究されているが,非輻射再結合によって生じる熱を直接観測した例はほとんどなかった。そこで本研究プロジェクトでは,3次非線形光学効果を利用した過渡グレーティング法を用いることにより,GaNにおけるキャリアの拡散や非輻射再結合による発熱・伝導といった重要であるにもかかわらず観測困難だった非発光過程の観測に成功し,報告してきた。本年度は,過渡レンズ法を光学顕微鏡と組み合わせた顕微過渡レンズ法を開発し,低転位GaNの光熱変換過程の時間-空間分解計測を試みたところ,GaNの非輻射再結合による発熱量,熱伝導が3μmの空間分解において得られた。その結果,貫通転位が励起後形成された励起子の非輻射再結合中心として作用していることがわかった。このような過程は,従来の発光検出に基づく手法では観測困難で,熱を直接検出して始めて観測できた。さらに,空間分解能の高い近接場光学顕微鏡システムも構築し,高い時間。空間分解能を有する測定系への展開も実現した。

Research Products

• [Publications] K.Okamoto, K.Inoue, Y.Kawakami, Sg.Fujita, 他: "Nonradiative recombination processes of carriers in InGaN/GaN probed by the microscopic transient lens spectroscopy"Rev. Sci. Instrum.. 74. 575-577 (2003)
• [Publications] A.Shikanai, H.Fukahori, Y.Kawakami, Sg.Fujita, 他: "Optical properties of Si-, Ge-and Sn-doped GaN"Phys. Stat. Sol. (b). 235. 26-30 (2003)
• [Publications] A.Kaneta, K.Okamoto, Y.Kawakami, Sg.Fujita, 他: "Spatial and temporal luminescence dynamics in an In_xGa_<1-x>N single quantum well probed by near-field optical microscopy"App. Phys. Left.. 81. 4353-4355 (2002)
• [Publications] G.Marutsuki, A.Kaneta, Y.Kawakami, Sg.Fujita, 他: "Electro-luminescence mapping of InGaN-based LEDs by SNOM"Phys. Status Solidi (a). 192. 110-116 (2002)
• [Publications] Y.Kawakami: "LOW-DIMENSIONAL NITRIDE SEMICONDUCTORS"OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS. 233-255 (2002)