2022 Fiscal Year Research-status Report
高品質GaAsN系超格子の成長と励起子に関する研究
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19K05295
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
牧本 俊樹 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50374070)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | GaAsN / MBE / PL / エキシトン / 光伝導特性 / 有効質量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RF-MBE法で成長した不純物をドーピングしたGaAsNを評価することにより、以下に示す3点の研究成果を得た。
(1) 昨年度に提案したフォトルミネッセンス(PL)特性を用いた電子の有効質量を評価する方法を用いて、GaAsN中の電子の有効質量の窒素組成依存性を測定した。GaAsに比べて、GaAsNにおける電子の有効質量が大きいので、GaAsN中の励起子の束縛エネルギーが高くなる。したがって、励起子吸収を利用することにより、効率の高い太陽電池が期待できる。今後は、GaAsN中の励起子と光伝導特性の関連性を評価する予定である。
(2) 時間分解PL測定を行うことにより、Be不純物濃度を変化させたGaAsN中のキャリアの寿命を測定した。光励起を停止した後にはPL発光強度が減衰する。この減衰過程には、2つの時定数が存在した。長い時定数の値は、Be濃度や測定温度に依存せずに一定であったので、GaAsN中の局在準位に関連する発光であるものと考えられる。また、時間分解PLでは、S-shape特性が観測されなかったので、局在準位の濃度は限られているものと考えられる。以上のことから、Beを高濃度にドーピングしたGaAsNでは、バンド間遷移のキャリアの寿命が短くなったために、S-shape特性が消失したものと考えられる。
(3) 不純物をドーピングしたGaAsNに対するX線逆格子マッピングを測定した。その結果、不純物をドーピングすることにより、GaAsNのc軸方向の揺らぎが減少することを明らかにした。その理由として、不純物と窒素原子が結合することにより、格子間に存在する窒素原子が減少したことが考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナウィルスによる実験室への入室禁止の影響、および、入室禁止期間中にMBE装置が故障した。このため、2022年度の研究進捗は当初の計画よりもやや遅れているので、2023年度も引き続き本研究を継続することにした。ただし、当初の計画以外の研究成果として、以下のような知見が得られた。
電子の有効質量を測定する方法を提案するとともに、窒素組成が1％以下のGaAsNにおける有効質量の窒素濃度依存性を明らかにした。また、不純物ドープGaAsNに対する逆格子マッピングを測定することにより、不純物がGaAsN成長に及ぼす影響を明らかにした。これらに関連した研究成果を国内会議で発表した。
さらに、時間分解PL測定を行うことにより、Be不純物濃度を変化させたGaAsN中におけるPL発光過程を明らかにした。そして、この研究成果を国際会議で発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナウィルスによる実験室への入室禁止の影響、および、入室禁止期間中にMBE装置が故障した。このため、2022年度の研究進捗は当初の計画よりもやや遅れているので、2023年度も引き続き本研究を継続することにした。ただし、当初の計画以外の研究成果として、GaAsN中の電子の有効質量の窒素濃度依存性や局在準位でのキャリア寿命による知見が得られた。
当初の研究計画通り、RF-MBE法を用いて、不純物ドープしたAlGaAsN系半導体やGaAsN系超格子構造を成長する。そして、光伝導特性やPL測定などを用いることにより、成長した構造の光学特性を評価する。さらに、それらの光学特性をAlGaAs/GaAs超格子と比較することにより、GaAsN系超格子の特徴を抽出することを目標とする。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響により、提案時の研究目標を完全には達成できていないので、研究期間の延長を申請した。科研費の予算はほぼ使い切っているので、2023年度は、他の研究予算を含めて研究を遂行する予定である。
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