2024 Fiscal Year Annual Research Report
Novel broadband mid-infrared emitting quantum structures fabricated by metal organic vapor phase epitaxy
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22K04245
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
前田 幸治 宮崎大学, 工学部, 教授 (50219268)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤澤 剛 法政大学, 理工学部, 教授 (70557660)
荒井 昌和 宮崎大学, 工学部, 准教授 (90522003)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超格子 / 中赤外発光 / フォトルミネッセンス / バンド構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、InAs/GaSbタイプII超格子構造を用いて中赤外光源として利用できる、広い発光スペクトルを持ち、強い発光を得られる素子を作製することが目的である。まず、InAs/GaSbと、GaSbにAsを添加しGaAsSbとし、InAsと格子整合した2種類の超格子構造について5Kから300Kまでの温度でエネルギーバンド計算を行い、10^21から10^24/m3の範囲の励起キャリア密度の組み合わせでそのバンドからの自然放出による発光スペクトルの励起強度依存性と温度依存性を詳細に検討した。その結果、中赤外領域では、タイプII超格子の準位の分散が発光スペクトルの波長範囲を広げることに寄与していることが明らかになった。温度-励起強度ダイアグラムは大きく3つの領域に分けられた。特に、室温付近の発光を支配するのは最低の準位間ではなく、それより大きなエネルギーをもつ下から2番目、3番目の準位間の設計が重要であることが計算より示された。
続いて、超格子サンプルをMOVPE法により作製し、成膜温度の最適化をした。しかし、それらは予想に反して多くの試料で弱い発光しか得られなかった。これは、計算で考慮していなかった部分の構造に問題があると考え、キャップ層やバッファー層を変化させて改めて試料を作製し、より強い発光を得られるようになったが、こちらは最適化まではできていない。
次に各試料の発光が、どのようなバンド構造に由来するかを各温度の発光遷移図から明らかにした。その結果、低温、低励起状態から中温中励起状態への変化は、計算結果と実際の発光スペクトルの傾向が一致した。しかし、高温、強励起状態では、あまりよく一致しなかった。温度上昇による消光が熱活性化過程と仮定すると低温と高温域での活性化エネルギーを決めることができた。このため高温、強励起状態では欠陥による消光の影響が大きいことがわかった。
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