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2014 Fiscal Year Research-status Report

空間分解分光学的見地からのIII族窒化物不均一混晶半導体の発光機構解明

Research Project

Project/Area Number 25420288
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

倉井 聡  山口大学, 理工学研究科, 助教 (80304492)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
KeywordsAlGaN / InGaN / 混晶半導体 / 量子井戸 / カソードルミネッセンス / 顕微分光
Outline of Annual Research Achievements

Si添加量の異なるAlGaN/AlGaN多重量子井戸(MQW)の走査電子顕微鏡(SEM)/カソードルミネッセンス(CL)マッピング評価を行い、Si添加が表面構造、発光分布および内部量子効率に与える影響について考察した。
Si添加量の増加に伴う表面平坦性の悪化は、今回の試料では見られなかった。これは、Si流量が比較的少ない条件であること、および障壁層のAl組成が高いことから、ヒロック形成の条件から外れたためと考えられる。室温全光CL像中に観測された暗点密度はXRCの半値幅から予想される貫通転位密度のオーダーであり、Si濃度に対して単調に増加していることがわかった。この結果を内部量子効率(IQE)と比較すると両者に相関がないことがわかった。これはSi濃度を一定としバリア層厚を変化させた場合に、暗点密度と内部量子効率の相関が見られたこととは異なる。効率に寄与する別の要因として組成/界面平坦性の揺らぎが考えられたが、発光分布の度合いの指標としてCLスペクトルの半値幅を比較したところ、Si濃度を変えても同程度であった。これらから、AlGaN-MQWにおけるSi濃度と発光効率の相関は、構造的要因よりもむしろSi添加に伴う点欠陥密度の変化の寄与が大きいと結論づけた。
また、AlGaN薄膜のスポットCL測定を行うことにより、マクロスコピックな発光分布を排除した微小空間からの発光半値幅のAl組成依存性、Si添加量依存性を評価した。得られた結果について、完全ランダム混晶において理論的に予測されるアロイブロードニングとの比較を行い、高Al組成側でアロイブロードニングによる予測よりも大きな発光半値幅の広がりがあることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Si添加量の異なるAlGaN/AlGaN-MQWのCLマッピング評価により、年度計画の目標であるSi添加に伴うAlGaN-MQWの発光空間分布を明らかにした。転位密度と内部量子効率に明瞭な相関が見られないことから、内部量子効率に支配的な影響を及ぼすのが点欠陥であることを示唆する結果を得た。
また、AlGaN薄膜の発光空間分布についてスポットCL測定を行うことにより、AlGaN薄膜の発光空間分布についてさらに微視的な見地からの議論を深めることができた。
さらに、GaInN薄膜のCL測定の温度依存性の評価を開始し、既に一定の結果を得ている。

Strategy for Future Research Activity

目下、AlGaN-MQWのスポットCL評価結果について更に考察を深め、研究成果としてまとめているところである。また、試料中のキャリア輸送に対する直接的な描像を得ることを目的に、GaInN薄膜およびGaInN量子井戸のCLマッピング測定の温度依存性について評価を進め、成果としてまとめる予定である。

Causes of Carryover

平成26年度に投稿する予定であったAlGaNのCL測定結果に関する論文が、解析や推敲に時間を要したため年度内に間に合わず未使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在執筆中の論文投稿料に充当する予定である。

  • Research Products

    (5 results)

All 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Si concentration dependence of structural inhomogeneities in Si-doped AlxGa1-xN/AlyGa1-yN multiple quantum well structures (x=0.6) and its relationship with internal quantum efficiency2014

    • Author(s)
      Satoshi Kurai, Koji Anai, Hideto Miyake, Kazumasa Hiramatsu, and Yoichi Yamada
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 116 Pages: 235703-1~6

    • DOI

      10.1063/1.4904847

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] InGaN薄膜の分光CLマッピング像の温度依存性評価2015

    • Author(s)
      倉井聡、若松歩、山田陽一
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [Presentation] Si濃度の異なるAl0.61Ga0.39N混晶薄膜のカソードルミネッセンス法による局所スペクトル評価2014

    • Author(s)
      倉井聡、三宅秀人、平松和政、山田陽一
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] InGaN量子井戸構造における暗点近傍の微視的発光分布2014

    • Author(s)
      細川大介、立山裕基、三原練磨、藤井翔、倉井聡、岡田成仁、只友一行、山田陽一
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] 歪超格子層の挿入されたInGaN量子井戸構造の微視的発光特性2014

    • Author(s)
      立山裕基、細川大介、三原練磨、藤井翔、倉井聡、岡田成仁、只友一行、山田陽一
    • Organizer
      2014年度応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
    • Place of Presentation
      島根大学松江キャンパス(島根県松江市)
    • Year and Date
      2014-07-26 – 2014-07-26

URL: 

Published: 2016-05-27  

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