2015 Fiscal Year Annual Research 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 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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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 / 窒化物半導体 / 混晶半導体 / 励起子工学 / 量子井戸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
AlGaN混晶量子井戸構造における局在励起子分子の基礎物性の解明に取り組んだ。前年度の研究により、Al0.60Ga0.40N量子井戸活性層の膜厚が1.5 nmの試料における励起子分子の結合エネルギーが146 meVに達し、励起子分子は室温においても極めて安定に存在することを明らかにした。そこで、量子井戸層の膜厚を変化させた一連の試料のPLE測定を行い、励起子分子結合エネルギーの井戸幅依存性の解明に取り組んだ。井戸層の膜厚を1.2, 0.9 nmと薄くすると、励起子分子の結合エネルギーは115, 107 meVと減少した。GaAs量子井戸構造では、井戸層の膜厚を16 nmから8 nmに薄くすると、励起子分子結合エネルギーは1.5 meVから2.3 meVに増大した。井戸層の膜厚を励起子ボーア半径で規格化すると、GaAs量子井戸構造における井戸幅8 nmとAl0.6Ga0.4N量子井戸構造における井戸幅1.2 nmはほぼ同等の値を示す。すなわち、GaAs量子井戸構造では井戸幅の減少に伴い励起子分子結合エネルギーが増加傾向にある領域において、Al0.6Ga0.4N量子井戸構造では結合エネルギーの減少が生じていることがわかった。このことは、Al0.6Ga0.4N量子井戸構造においても、バンドオフセットの増大等、励起子分子に対する量子閉じ込め効果の最適化を図ることにより、その結合エネルギーの更なる増大が期待できることを示唆した。そこで、障壁層のAl組成比yを増大させた量子井戸構造を作製し、バンドオフセットの増大が励起子分子結合エネルギーに与える影響を考察した。その結果、井戸幅1.2 nmにおいて障壁層のAl組成比をy=0.70から0.74に増大することにより、励起子分子の結合エネルギーが115 meVから160 meVに増大することを明らかにした。
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