2020 Fiscal Year Research-status Report
窒化物半導体を用いた励起子効果発光デバイスの実現可能性の検討
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20K04585
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| Research Institution | Tokuyama College of Technology |
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Principal Investigator |
室谷 英彰 徳山工業高等専門学校, 情報電子工学科, 准教授 (20612906)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 励起子 / 誘導放出 / 内部量子効率 / レート方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子と正孔がクーロン相互作用によって互いに束縛された状態である励起子に注目し、窒化物半導体において励起子効果に基づいた発光過程を動作原理とした発光デバイスの実現に向けたデバイス構造の設計指針を示すことを目的に研究を進めた。現在までに得られた研究実績は以下の通りである。
AlGaN系UV-A量子井戸構造において、内部量子効率の温度および励起パワー密度依存性を評価し、励起子の発光・非発光再結合過程に基づくレート方程式モデルを用いて解析を行うことにより、室温においても発光・非発光過程に励起子が関与していることを明らかにした。さらに、発光ダイナミクスを個別に評価し、レート方程式モデルによる解析による結果と比較し、各々の結果が定量的に一致することを示すことによりレート方程式モデルの妥当性を示した。
AlGaN系UV-C量子井戸構造において光励起誘導放出測定を行い、室温において明瞭に誘導放出を観測した。誘導放出のしきい励起パワー密度の温度依存性から誘導放出の起源が温度上昇に伴い、励起子過程から電子-正孔プラズマへと変化する様子を観測した。加えて、発光層の構造を最適化した試料において室温においても励起子が関与した誘導放出過程が発現することを示した。
以上のことから、AlGaN系量子井戸構造においては室温の発光・非発光再結合過程および光学利得生成過程に励起子が関与していることが明らかになり、励起子効果を利用した発光デバイスの実現の可能性が示された。
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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
AlGaN系量子井戸構造において室温の発光・非発光再結合過程および光学利得生成過程に励起子が関与していることを示すことができており、これは当初の計画通りである。当初の計画では、本年度に利得スペクトルの測定と誘導放出機構の解明を行う予定であったが、室温以上でも光励起誘導放出が観測できたため、次年度以降に計画していた誘導放出機構の熱的安定性の評価を先行して実施した。その結果、高い熱的安定性を示す結果が得られており、総合的にはおおむえ順調に進展していると評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、AlGaN系量子井戸構造において励起子が関与した光学利得生成過程の具体的な機構を明らかにすることを目指す。さらに、励起子および励起子多体効果が関与した光学遷移過程を評価し、発光デバイスへの応用の可能性を検討する。加えて、InGaN系半導体などのAlGaN系半導体以外の材料系においても室温の発光・非発光過程および光学利得生成過程に対する励起子の関与について検証し、励起子効果を応用した発光デバイスの設計指針の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の流行により、国内学会および国際会議がオンライン発表形式となり、研究打ち合わせもオンライン会議で実施したため、計画段階で計上していた旅費相当分が次年度使用額となった。一方で、有機溶媒やレーザー用の保護具などの消耗品の利用が当初計画よりも増加しているため、次年度使用額は消耗品費として使用する計画である。
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