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窒化物半導体の電子状態の解明と制御:歪工学による新機能光デバイス実現に向けて

研究課題

研究課題/領域番号 11J00290
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関京都大学

研究代表者

石井 良太  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2011 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード窒化アルミニウム / 変形ポテンシャル / 歪み / 一軸性応力 / 反射測定 / 電子正孔交換相互作用 / 励起子 / 紫外高効率発光 / 弾性定数 / 窒化物半導体
研究概要

本年度は,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルの同定,窒化アルミニウムの励起子微細構造の解明,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.以下ではそれぞれについて具体的に記す.
まず,前年度に調達した無極性面および半極性面窒化アルミニウム基板に対して,一軸性応力下における偏光反射測定を行った.深紫外分光特有の問題である信号強度の著しい低下を防ぐために,高輝度白色光源の使用,光学系の最適化,光路の窒素充填などを行った.その結果,それぞれの励起子の明瞭な応力依存性を観測することに成功した。実験結果をウルツ鉱構造の励起子有効ハミルトニアンで解析することにより,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルを同定した.異方性励起子変形ポテンシャルとせん断励起子変形ポテンシャルの報告値はこれまでに存在せず,世界初の成果である.
続いて,有機金属気相成長法によって作製したc面窒化アルミニウムホモエピタキシャル薄膜の発光特性を詳細に調べた.極低温においてフォトルミネッセンス測定を行うと,極めて鋭い複数の発光線が観測された.重要なこととして,偏光を考慮したフォトルミネッセンス測定を極低温から室温まで温度を変化させながら測定することにより,従来束縛励起子と同定されていた発光線は自由励起子に起因していることを明らかにした.この実験結果を群論と不変量の理論を用いて解析することにより,窒化アルミニウムにおける励起子微細構造を明らかにし,窒化アルミニウムにおける電子正孔交換相互作用定数は正であることを見出した.
最後に,精密に同定した励起子変形ポテンシャルを用いて,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.具体的には,窒化アルミニウムガリウムのダブルヘテロ構造および歪み量子井戸構造を作製した場合の,禁制帯幅,偏光度,有効質量などを種々の面方位に対して包括的に理論計算を行った.

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Strong optical polarization in nonpolar (1-100) Al_xGa_<1-x>N/AlN quantum wells2013

    • 著者名/発表者名
      M. Funato, K. Matsuda, R. G. Banal, R. Ishii and Y. Kawakami
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 87 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.041306

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Homoepitaxy and photoluminescence properties of (0001) AIN2012

    • 著者名/発表者名
      M. Funato, K. Matsuda, R. G. Banal, R. Ishii, Y. Kawakami
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 5 号: 8 ページ: 082001-082001

    • DOI

      10.1143/apex.5.082001

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 窒化アルミニウムの電子状態に対する歪みの効果2011

    • 著者名/発表者名
      石井艮太, 金田昭男, ライアン バナル, 船戸充, 川上養一
    • 雑誌名

      信学技報,IEICE Technical Report

      巻: IEICE-111 ページ: 77-80

    • NAID

      10031104093

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A1NのPLスペクトルにおける特異なピークの起源2013

    • 著者名/発表者名
      石井良太, 船戸充, 川上養一
    • 学会等名
      第60回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学,神奈川県
    • 年月日
      2013-03-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] The origin of an anomalous peak in photoluminescence spectra of A1N2013

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii
    • 学会等名
      6th GCOE Intern. Symp. on Photonics and Electronics Science and Engineering
    • 発表場所
      Kyoto University, Kyoto
    • 年月日
      2013-03-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Determination of tne deformation potentials in aluminum nitride : Breakdown of the quasicubic approximation in A1N as well as GaN2012

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii, A. Kaneta, M. Funato, Y. Kawakami
    • 学会等名
      Intern. Workshop on Nitride Semiconductors
    • 発表場所
      Sapporo, Hokkaido
    • 年月日
      2012-10-16
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 窒化アルミニウムにおける一軸性変形ポテンシャルの同定2012

    • 著者名/発表者名
      石井良太, 金田昭男, 船戸充, 川上養一
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学,愛媛県
    • 年月日
      2012-09-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Hydrostatic ana uniaxial deformation potentials in aluminum nitride : Breakdown of the quasicubic approximation in A1N2012

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii, A. Kaneta, M. funato, Y. Kawakami
    • 学会等名
      31st Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      Laforet Shuzenj i, Shizuoka
    • 年月日
      2012-07-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Structural and optical characterization of homoepit axial A1N film2012

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii, K. Matsuda, R. G. Banal, M. Funato, Y. Kawakami
    • 学会等名
      31st Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      Laforet Shuzenj i, Shizuoka
    • 年月日
      2012-07-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 窒化アルミニウムにおける静水圧変形ポテンシャルの同定2012

    • 著者名/発表者名
      石井艮太, 金田昭男, 船戸充, 川上養一
    • 学会等名
      第59回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス早稲田中・高等学校興風館
    • 年月日
      2012-03-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 窒化アルミニウムの電子状態に対する歪みの効果2011

    • 著者名/発表者名
      石井良太, 金田昭男, ライアン バナル, 船戸充, 川上養一
    • 学会等名
      レーザ・量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2011-11-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 一軸性応力下におけるAlN薄膜のPLスペクトル2011

    • 著者名/発表者名
      石井良太, 金田昭男, R.G.Banal, 船戸充, 川上養一
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2011-09-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Effect of uniaxial stress on excitons in AlN2011

    • 著者名/発表者名
      R.Ishii, M.Funato, Y.Kawakarai
    • 学会等名
      9th Intern.Conf.on Nitride Semiconductors
    • 発表場所
      Glasgow, UK
    • 年月日
      2011-07-12
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Uniaxial stress dependence of the excitonic transition in AlN2011

    • 著者名/発表者名
      R.Ishii, A.Kaneta, R.G.Banal, M.Funato, Y.Kawakami
    • 学会等名
      30th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      Laforet Biwako, Shiga, Japan
    • 年月日
      2011-06-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.optomater.kuee.kyoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.optomater.kuee.kyoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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