2019 Fiscal Year Research-status Report
Study on the origin and function of high-energy emission around dislocations in III-nitride quantum well structures by nanoscopic spectroscopy
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19K04490
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
倉井 聡 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (80304492)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化インジウムガリウム / 窒化アルミニウムガリウム / 量子井戸構造 / 転位 / ポテンシャル障壁 / 空間分解分光 / カソードルミネッセンスマッピング法 / 近接場光学顕微分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
InGaN多重量子井戸(MQW)構造における貫通転位近傍のポテンシャル障壁について、これまでに近接場光学顕微分光(SNOM-PL)法により評価した局所PLスペクトルにおいて、InGaN/GaN 量子井戸(QW)層の主発光よりも高エネルギー側に発光エネルギーが異なる2つ以上の発光ピーク(HE発光)を観測していた。この起源としてQW面内の不均一性、QW層間の不均一性が考えられた。そこで、Vピット形成層に中温成長されたGaN(MT-GaN)層を用いたInGaN/GaN MQW構造に対して、加速電圧依存カソードルミネッセンス(CL)法を用いて、MQW層およびMT-GaN層の発光を分離した。次に、MT-GaN上に成長したInGaN/GaN単一量子井戸(SQW)構造において、SNOM-PL法による空間分解分光測定を行った。SQW層を用いた試料においても複数のHE発光が観測されたことから、QW面内の局所的な不均一性が示唆された。この結果はQW面内の緩やかな組成・膜厚揺らぎではなく、Vピットファセット構造由来の急峻な変化を反映していると考えられた。異なるMT-GaN厚さを有するInGaN/GaN SQW構造に対してSNOM-PL法によるポテンシャル障壁高さの定量評価を行い、データ収集を進めた。
障壁層Al組成および井戸幅が異なるAlGaN/AlGaN MQW構造における貫通転位近傍の局所高エネルギー発光とMQW主発光のエネルギー差の起源について、膜厚、Al組成、歪量の局所変化を考慮した量子井戸内の遷移エネルギー計算結果と実験結果を比較することにより考察した。この結果、局所的な膜厚変化によりエネルギー差の変化を上手く説明できることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
MT-GaN層をVピット形成層としたInGaN/GaN MQW構造およびSQW構造について、加速電圧依存CL法、SNOM-PL法を用いた局所スペクトル評価および解析を行うことにより、QW面内およびQW層間の不均一性に関する知見を得た。局所スペクトル中に複数のHE発光ピークが観測される理由について、概ね理解することができた。また、異なるMT-GaN厚さを有する(Vピット直径が異なる)InGaN/GaN SQW構造に対してSNOM-PL法によるポテンシャル障壁高さの定量評価を行い、MT-GaN層厚に対する依存性について検討を行っている。マクロスコピックPL測定による内部量子効率(IQE)評価の実施が遅れている。
AlGaN MQWにおける局所HE発光についてCLマッピング法による評価を行い、このような局所HE発光が、量子井戸数が多い試料(75ペア)においてのみ観測されることが分かってきている。局所発光が生じる起源について遷移エネルギー計算との比較から考察を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
低温SNOM-PL法を用いて、MT-GaN層をVピット形成層としたInGaN/GaN SQW構造において、MT-GaN厚さ(Vピットサイズ)とポテンシャル障壁高さの相関を継続して評価する。同時にIQEの評価を進め、ポテンシャル障壁高さとの比較を行うことにより、転位周辺に形成されるポテンシャル障壁の発光効率への寄与について明らかにする。なお、Vピット斜面と平坦面の結晶極性が異なることによる内部電界の違いから、励起強度依存SNOM-PL測定によりVピット斜面に形成されたQWの明確化を試みる予定であったが、装置の性能低下により実施が困難となる見通しである。課題であるVピット構造との対応の明確化についてはCLマッピング法との併用を検討している。
様々な構造パラメータを有するAlGaN QWにおける局所高エネルギー発光についても引き続き評価を行い、考察を深める。さらに、深紫外発光素子の効率改善に重要なファクターと考えられる基板オフ角に着目しており、派生的な課題として基板オフ角が異なるAlGaN QWにおける内部量子効率の変化を、表面の特異構造に起因した発光分布の評価と関連付けて評価していく予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染の拡大による2020年第67回春季学術講演会(3/12-15 上智大学 四谷キャンパス)が年度末に中止となり、計画に急な変更が生じたために次年度使用額が生じた。次年度使用額は実験用の消耗品の購入に充当する予定である。
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