2018 Fiscal Year Annual Research Report
フォノン機能制御による窒化物半導体光素子の基盤科学技術開拓
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17H02772
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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) |
三宅 秀人 三重大学, 地域イノベーション学研究科, 教授 (70209881)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フォノン輸送制御 / 励起子輻射 / 局所フォノン場 / 窒化物半導体 / フォノン系量子干渉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フォノン・励起子・輻射（PXR）モデルでは,励起子の全解離速度に占める LAフォノンとLOフォノンによる解離速度の割合についてその温度依存性を求め，GaN，AlN，ZnOの全てについておよそ150K以上でLOフォノン過程が支配的になることが理論的に分かった。また，この計算もでるを励起子分子系に拡張し，励起子分子でも蛍光寿命が励起子分子の輻射再結合寿命よりも長くなることが分かった。現在，不純物を含む系に適用できるコードを作製中であり，より現実的な系への対応が進んでいる。
金属‐半導体ストライプ構造では，波長266nmの紫外光の照射によりLOフォノンに共鳴する電気双極子形成によるA1(LO)モードのエネルギーが変化していると思われるスペクトル変化が表れていること，この構造で励起子とLOフォノンの相互作用が局所的に強くなっているために励起子形成と解離の速度が上がっていることによる紫外発光のスペクトル変化が観測された。本結果は，この構造による新たな励起子‐局所フォノン場相互作用制御の可能性を示す。
金属‐半導体ストライプ構造では，2種LOフォノンモードを有するGaInP結晶でこれらのモードに相当する２波長でピークをもつ赤外発光が観測された。また，間接遷移型半導体AlInPの光励起でLOフォノンと価電子帯間電子遷移による量子干渉効果(Fano効果）が起こっていることが確認された。これらの結果は2種LOフォノンと価電子帯間の電子遷移によるフォノン系量子干渉と合わせて光学利得を実現できる可能性を示す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
金属-半導体ストライプ構造では，熱励起によるLOフォノン生成に基づく電気双極子によるTHz輻射が2種LOフォノンに拡張され，間接遷移型AlInP半導体で光励起正孔の価電子帯間遷移とLOフォノンによる量子干渉(Fano効果)の観測がなされ，フォノンを主体としたTHz輻射の光学利得実現に向けた基礎検討が進んでいる。この点では，順調に進んでおり，一部で当初予定以上に進んでいる。一方で励起子発光や量子井戸型太陽電池に対するフォノン排除やフォノン閉じ込めについては，励起子‐キャリア‐フォノンの相互作用に基づくキャリアダイナミクスの理論計算コードが製作され，LOフォノン制御の重要性が示された。また温度を変えた実験におけるダイナミクスの解釈方法が示された。フォノン輸送制御については，GaInN/GaNヘテロ界面において進められたが，超格子の検討はこれからであり，この点では研究が遅れている。これは，ラマン散乱装置の安定化と装置の更なる改造に時間がかかったことが一因である。しかし，既に基礎検討試料が作製されており，今後の結果が期待できる。また，フォノンエネルギー分散の理論計算については，他グループとの議論が進んでおり，共同研究による研究の進展も期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
フォノンの輸送制御のための超格子設計については，フォノン分散に関する理論を行っているグループとの共同研究も行って研究を進める。試料については，既にAlGaNやAlInNをGaN中に挿入した試料があり，今後組成を変えたもの，超格子にしたものを検討し，量子井戸構造の近傍にこれらを導入した試料により，フォノンの排除・閉じ込め効果を明らかにし，さらにそれによるフォノン‐キャリア相互作用の制御性を明らかにする。これらに基づき，デバイス展開への方向性を示す。
フォノンを主役としたTHz輻射については，光励起によるTHz輻射と2LOモードと価電子帯間遷移の光制御を実現し，光利得生成の基礎データを得る。
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[Presentation] Interactions of phonon, electron, and photon in nitride semiconductors2018
Author(s)
Yoshihiro Ishitani, Kensuke Oki, Naomichi Saito, Tsubasa Yamakawa, Daisuke Uehara, Shungo Okamoto, Moe Kikuchi, Keisuke Ebisawa, Bojin Lin, Bei Ma, and Ken Morita
Organizer
Intensive Discussion on Growth of Nitride Semiconductors
Int'l Joint Research / Invited
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