2013 Fiscal Year Annual Research Report
非熱平衡状態フォノン輸送制御による半導体光素子の新展開
| Project/Area Number |
25286048
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
石谷 善博 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60291481)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠塚 雄三 和歌山大学, システム工学部, 教授 (30144918)
矢口 裕之 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50239737)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | フォノン局在制御 / キャリアダイナミクス / 励起子 / 太陽電池 / 窒化物半導体 |
|---|
| Research Abstract |
本研究は、レーザ素子の高効率発光や量子構造型太陽電池の高効率電流取出しの基盤となるキャリアダイナミクス制御に関するもので、特にフォノン制御の観点から新たなアプローチを行うものである。
平成26年度は、実験研究では、Ti:サファイアレーザの３倍波(270nm)による時間分解フォトルミネッセンス測定をGaN試料に対して行った。InNでは、共鳴ラマン散乱によりフォノン特性が解析された。実験設備では窒素レーザ励起色素レーザおよび4GHz帯デジタルオシロスコープが本基板研究（Ｂ）の研究費により、またその他資金により試料温度制御のための冷凍機およびクライオスタットが導入され、新たな実験系の構築が行われた。試料作製ではGaInN系成長に向けた分子線エピタキシ―装置の成長条件の検討が行われた。理論的にはフォノンキックメカニズムによる非輻射性電子・正孔再結合過程の解明が進められた。またフォノンと電子系の相互作用を取り入れたキャリア輸送計算、励起子の量子状態分布や運動量状態分布の計算コードの構築が進められた。
この結果、GaNでは非熱平衡状態の励起子の運動状態をＬＯフォノンレプリカを用いて解析できることが分かった。励起密度の増加に伴う励起子の重心運動量の増加、主量子数の小さい状態のポピュレーション増加に対し、主量子数が大きい状態でのポピュレーションの減少が観測され、励起密度の増加に伴ってフォノン密度の増加により励起子の解離方向への流れが強くなっていると考えられる。InNではフォノン散乱速度の大きい試料での非輻射再結合速度の増加が観測された。また、光学フォノンに加え、欠陥での散乱による縦音響フォノンがラマン散乱測定により観測され、非輻射再結合過程の活性化エネルギーに近いフォノン過程の解析が可能となることが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フェムト秒レーザによる分光解析の結果、励起子の運動状態、主量子数間のポピュレーションアンバランスの励起密度依存性に関する結果が得られた。励起子状態、フォノン分布に関するシミュレーションコードの作成が進んでいる。フォノンキック過程など理論的な非輻射再結合過程の検討が進んだ。これらのことから概ね予定通りに進んでいる。今度今年度の結果を論文などで公表するとともに、更に研究を加速する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度に、理論面では、フォノン、励起子・電子・正孔の空間輸送を含めたダイナミクス計算コードの概要を構築し、シミュレーションにおけるフォン局在効果のキャリアダイナミクス、つまり量子井戸からのキャリア漏洩や励起子解離に対する影響について、解明を進める。実験面では、マルチパルス励起による電流・発光の同時解析を進め、電子‐フォノン相互作用のフォノン局在性による影響の解明を進める。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
千葉大学では、H25年度に出席予定であった学会について、研究代表者家族の逝去により出席中止となったため。
和歌山大学では、学内業務および研究内容の都合上、学会参加を見送りとしたための教員および学生旅費の計画との変更による。
上記、両者とも平成２６年度以降の学会活動において使用予定である。
|
