2013 Fiscal Year Research-status Report
窒化物系深紫外域混晶半導体における高密度励起子系の光機能性
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25420289
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
山田 陽一 山口大学, 理工学研究科, 教授 (00251033)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 励起子 / 励起子分子 / 局在化 / 低次元化 / 励起子工学 / 窒化物半導体 / 混晶半導体 / 量子井戸 |
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| Research Abstract |
AlGaN混晶量子井戸内に形成される低次元系の局在励起子分子に関して、その基礎物性の解明に取り組んだ。AlNバッファ層上に成長されたAl0.60Ga0.40N/Al0.70Ga0.30N量子井戸構造を対象として、量子井戸活性層内に形成される局在励起子分子の結合エネルギーとストークスシフトを導出した。紫外から深紫外波長領域において波長可変な色素レーザを励起光源に用いて励起子分子発光の励起スペクトルを測定した。まず、励起子共鳴と励起子分子の2光子共鳴のエネルギー間隔に基づいて励起子分子の結合エネルギーを定量的に評価した。その結果、量子井戸活性層の膜厚が2 nmの試料における励起子分子の結合エネルギーが136 meVに達することを明らかにした。これまでに我々はAlxGa1-xN混晶薄膜における励起子分子結合エネルギーの混晶組成比依存性を定量的に評価し、局在化に起因して結合エネルギーが大幅に増大することを明らかにしてきた。上述した量子井戸活性層とほぼ同一組成を有するAl0.61Ga0.39N混晶薄膜の励起子分子結合エネルギーは56 meVであり、量子井戸構造における結合エネルギーは混晶薄膜の値の2.4倍に増大していることを明らかにした。この結合エネルギーの増大は励起子分子の低次元化、即ち、量子閉じ込め効果に起因したものである。従って、混晶量子井戸内に形成される擬2次元励起子分子の結合エネルギー増大に対する低次元化の効果を局在化の効果と分離して定量的に解析することができた。次に、励起子および励起子分子の局在の度合いを定量的に評価した。励起スペクトルの測定結果に基づいて上述した量子井戸試料のストークスシフトを導出すると、励起子のストークスシフトは179 meV、励起子分子のストークスシフトは110 meVとなり、励起子および励起子分子は非常に強く局在の影響を受けていることが分かった。
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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
本研究の目的として、AlGaN系混晶量子井戸構造における低次元系励起子分子の基礎物性の解明を掲げている。平成25年度の研究実施計画では、AlGaN量子井戸構造における局在励起子分子の結合エネルギーとストークスシフトを定量的に評価することを目指した。実際に、Al0.60Ga0.40N/Al0.70Ga0.30N量子井戸構造を対象とした励起スペクトル分光を行い、励起子分子の2光子共鳴を観測できたことから、上記の研究実施計画はほぼ達成されたものと考えている。本年度の成果として重要なことは、励起子分子の結合エネルギー増大に対する局在化の効果と低次元化の効果を分離して定量的に評価できたことである。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の研究成果を受けて、平成26年度は室温以上の高温領域における発光分光測定および発光励起分光測定を重点的に実施する。混晶量子井戸内に形成される低次元系の局在励起子分子は非常に大きな結合エネルギー（136 meV）を有し、かつ、そのストークスシフトも大きい。従って、励起子分子の熱的安定性に与える局在化の効果と低次元化の効果を明らかにするためには高温領域における測定と解析が有効であると考えている。その上で、平成25年度、26年度の基礎物性評価の結果を平成27年度に実施する励起子分子の光機能性の評価に結び付けたいと考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
年度末に開催された応用物理学会春季学術講演会（3/17～20）に出席し、研究成果を発表するための旅費として約10万円を確保していたが、その出張旅費を別予算（運営費交付金）で賄ったため、次年度使用額が発生した。
この次年度使用額は、研究成果発表用旅費（応用物理学会秋季学術講演会、9月、北海道大学）として使用する予定である。
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