2013 Fiscal Year Research-status Report
窒化物半導体ナノ構造のキャリアダイナミクスと光機能
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25800180
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
猪瀬 裕太 上智大学, 理工学部, 研究員 (90634501)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | キャリアダイナミクス / 発光効率 / 量子効率 / オージェ効果 / 誘導放出 / 分布帰還型レーザー / 光局在 / ランダムレージング |
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| Research Abstract |
本研究では、窒化物半導体GaN,InGaN,InNの高品質なナノサイズ柱状結晶を対象として、(A)発光効率から発光デバイスとしての特性を評価、(B)キャリアダイナミクスとナノサイズ効果の解明、(C)集団配列効果により生じる光機能の開拓、という3つの目的に向かって研究を進めていく。
25年度はまず、(A),(B),(C)それぞれを推進していくために必要な顕微分光系の構築を行った。本研究ではナノサイズ結晶が規則配置した試料を用いているが、結晶の配置面積が小さいために、光励起測定を最適に行うためには顕微分光法の使用が必要であった。25年度は、立ち上げた顕微分光系を使用して(A),(B),(C)それぞれについて並行して研究を進めてきた。
(A)では、構築した顕微分光系にＣＷレーザーおよびフェムト秒パルスレーザーを組み合わせて、両光源で励起した場合について内部量子効率の評価をそれぞれ行った。
(B)においては、フェムト秒パルスレーザーを使用することによって時間分解分光を行った。(A)における効率測定とも合わせた解析から、励起密度の上昇とともに非輻射中心へのキャリアトラップ、内部電場の遮蔽、オージェ効果と考えられる非輻射レートの増加など、キャリアダイナミクスの基本的な振る舞いを明らかにした。
(C)については、フェムト秒パルスレーザーによる強励起条件下において、集団配列効果に起因した誘導放出現象を確認した。光バンド構造計算との比較から、この誘導放出が分布帰還型レーザーの機構から生じていることが明らかになった。また時間分解測定から、この誘導放出過程が非常に高速なダイナミクスであることが判明した。さらに空間フィルターを用いた空間分解分光から、この誘導放出現象は構造ゆらぎに敏感であり、ゆらぎが大きいと光局在に起因したランダムレージングに近い振る舞いを示すことを明らかにした。
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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
25年度は顕微分光系を立ち上げ、研究目的である(A),(B),(C)それぞれに関して基本的な測定に成功した。研究全体として当初の予定通りに進展しており、（２）の達成度であると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度は顕微分光系を構築し、空間分解分光と時間分解分光、および数値計算など、本研究の実行に必要な技術や手法の立ち上げを行うことができた。26年度は、初年度に構築した実験系および計算プログラムの改良・最適化を行い、高品質ナノサイズ結晶および集団配列効果における光学特性の研究を発展させていく。
研究目的の(A)に関しては、より正確に発光効率を評価するために、積分球を用いて外部量子効率を詳細に調べていく。また取り出し効率を見積もることによって、初年度に行った内部量子効率との比較検討を行う。
(B)では、光学特性の結晶サイズ依存性を評価して、キャリアが受けるナノサイズ効果の解明を目指す。また、集団結晶では各々の結晶ごとの僅かな組成揺らぎなどが存在すると推察されるので、単一の結晶のみを対象とした光学測定からもキャリアダイナミクスの研究を推進していく。
(C)においては、発光または反射の角度依存性測定、および数値シミュレーションから、初年度に確認した誘導放出現象の理解を完全なものにする。また、集団配列効果を利用したディラックコーンやトポロジカル絶縁体などの発現の可能性を検討し、さらなる光機能開拓に繋げていく指針を築く。
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