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ZnMgCdS系半導体量子構造における励起子分子の局在化の制御と光機能性

研究課題

研究課題/領域番号 12650315
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関山口大学

研究代表者

山田 陽一  山口大学, 工学部, 助教授 (00251033)

研究期間 (年度) 2000 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2001年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2000年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワードワイドギャップ半導体 / 低次元量子構造 / 励起子分子 / 輻射再結合 / 局在化 / 光学利得 / 励起子工学 / 硫化亜鉛
研究概要

励起子分子の輻射再結合過程を利用した紫外域半導体レーザの構造最適化を構築するために、Cd_xZn_<1-x>S/ZnS量子井戸構造およびCd_xZn_<1-x>S/ZnS/Mg_yZn_<1-y>S分離閉じ込めヘテロ構造を対象として、励起子分子に対する量子閉じ込め効果の増大と局在化の制御を試みた。まず、減圧MOCVD法によるMg_yZn_<1-y>S混晶薄膜の成長条件最適化を行い、この混晶層が量子井戸レーザ構造のクラッド層として有用であることを確認した。次に、量子井戸活性層の成長条件を再検討することにより、より高いCd組成比を有する量子井戸構造においても励起子および励起子分子の局在化を制御することが可能となった。励起子分子に対する閉じ込め効果の増大を評価したところ、その結合エネルギーは40meVを上回っていることが明らかにされた。また、これまでにその定量的な評価手法が確立されていない励起子分子のストークスシフトを実験結果に基づいて定義した。その結果、励起子分子のストークスシフトは、励起子に対する値と比較して約54%であることが明らかにされた。最後に、混晶量子井戸層の組成比、井戸層幅および障壁層幅を構造パラメータとして変化させた一連の量子井戸試料に対する高密度励起効果の測定を行い、紫外誘導放出光特性と励起子分子の結合エネルギーおよびストークスシフトとの相関を定量的に解析した。その結果、励起子分子の輻射再結合過程に伴う誘導放出特性は、励起子分子の結合エネルギーのみならず、そのストークスシフトの値にも依存することが明らかにされた。特に、誘導放出に対するしきい励起パワー密度の温度上昇に伴う増大は、励起子分子のストークスシフトの値と強く相関しており、励起子分子の局在化に伴う熱的安定性の向上が温度上昇に伴うしきい励起パワー密度の増大を抑制していることが明らかにされた。

報告書

(4件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (42件)

  • [文献書誌] Y.Yamada: "Dense excitonic luminescence and optical gain in ZnS-based quantum wells"Journal of Luminescence. 87-89. 140-144 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Yamada: "Magneto-luminescence spectroscopy of biexcitons in ZnS epitaxial layers"Journal of Crystal Growth. 214/215. 815-818 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Nakamura: "Room-temperature 340 nm ultraviolet electroluminescence from ZnS-based light-emitting diodes"Journal of Crystal Growth. 214/215. 1091-1095 (2000)

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  • [文献書誌] K.Yoshimura: "Optical and structural characterization of Mg_xZn_<1-x>S mixed films grown by low-pressure MOCVD"Journal of Crystal Growth. 214/215. 364-367 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Yoshimura: "Temperature-dependent photoluminescence study on CdZnS/ZnS/MgZnS separate-confinement heterostructures"Physica Status Solidi (a). 180. 207-211 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Nakamura: "Optical and structural properties of high-quality ZnS epitaxial layers grown on GaAs substrates by low-pressure MOCVD"Journal of Crystal Growth. 221. 388-392 (2000)

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  • [文献書誌] K.Yoshimura: "Epitaxial growth of Mg_xZn_<1-x>S heterostructures by low-pressure MOCVD"Journal of Crystal Growth. 221. 421-424 (2000)

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  • [文献書誌] 山田陽一: "II-VI族半導体の励起子系光物性"応用物理. 70. 317-321 (2001)

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  • [文献書誌] S.Nakamura: "Structural characterization of high-quality ZnS epitaxial layers grown on GaAs substrates by low-pressure MOCVD"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 6993-6997 (2001)

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  • [文献書誌] Y.Yamada: "Localized biexcitons in Cd_xZn_<1-x>S/ZnS quantum wells"Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 87. 1571-1572 (2001)

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  • [文献書誌] 石崎真也: "Cd_xZn_<1-x>S/ZnS/ Mg_yZn_<1-y>S分離閉じ込めヘテロ構造における励起子分子の発光特性"山口大学工学部研究報告. 52. 51-56 (2001)

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  • [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Free excitons in cubic CdS films"Applied Physics Letters. 80. 267-269 (2002)

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  • [文献書誌] 山田陽一: "低次元系励起子分子とレーザ発振"日本学術振興会光電相互変換第125委員会第177回研究会資料. 12-17 (2002)

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  • [文献書誌] T.Nagai: "Optical properties of cubic CdS"Physica Status Solidi (b). 229. 611-614 (2002)

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  • [文献書誌] S.Nakamura: "Luminescence properties of lithium-doped ZnS epitaxial layers grown by low-pressure MOCVD"Journal of Crystal Growth. 237-239. 1570-1574 (2002)

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  • [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Temperature dependence of free-exciton luminescence in cubic CdS films"Applied Physics Letters. 82. 388-390 (2003)

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  • [文献書誌] Y. Yamada: "Dense excitonic luminescence and optical gain in ZnS-based quantum wells"Journal of Luminescence. Vol. 87-89. 140-144 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Yamada et al.: "Magneto-luminescence spectroscopy of biexcitons in ZnS epitaxial layers"Journal of Crystal Growth. Vol. 214/215. 815-818 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nakamura et al: "Room-temperature 340 nm ultraviolet electroluminescence from ZnS-based light emitting diodes"Journal of Crystal Growth. Vol. 214/215. 1091-1095 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Yoshimura et al: "Optical and structural characterization of Mg_xZn_<1-x>S mixed films grown by low-pressure MOCVD"Journal of Crystal Growth. Vol. 214/215. 364-367 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Yoshimura et al.: "Temperature-dependent photoluminescence study on CdZnS/ZnS/MgZnS separate-confinement heterostoructures"Physica Status Solidi (a). Vol. 180, No.1. 207-211 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nakamura et al.: "Optical and structural properties of high-quality ZnS epitaxial layers grown on GaAs substrates by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition"Journal of Crystal Growth. Vol. 221. 388-392 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Yoshimura et al.: "Epitaxial growth of Mg_xZn_<1-x>S heterostructures by low-pressure MOCVD"Jowmal of Crystal Growth. Vol. 221. 421-424 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Yamada: "Excitonic optical properties of II-VI compound semiconductors"OYO BUTURI. Vol. 70, No.3. 317-321 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nakamura et al.: "Structural characterization of high-quality ZnS epitaxial layers grown on GaAs substrates by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition"Japanese Journal of Applied Physics. Vol. 40, No. 12. 6993-6997 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Yamada et al.: "Localized biexcitons in Cd_xZn_<1-x>S/ZnS quantum wells, Preceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, edited by N. Miura and T. Ando"Springer Proceedings in Physics. Vol. 87. 1571-1572 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Ishizaki et al.: "Biexcitbnic luminescence properties of Cd_xZn_<1-x>S/ZnS/Mg_yZn_<1-y>S separate confinement heterostructures"Technology Reports of the Yamaguchi University. Vol. 52, No. 1. 51-56 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Kanemitsu et al.: "Free excitons in cubic CdS films"Applied Physics Letters. Vol. 80, No. 2. 267-269 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Yamada: "Laser action due to radiative recombination of low-dimensional biexcitons, Extended Abstracts of the 177th Meeting of the 125th Research Committee on Mutual Conversion between Light and Electricity"Japan Society for the Promotion of Science. 12-17 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Nagai et al.: "Optical Properties of cubic CdS"Physica Status Solidi (b). Vol. 229, No.1. 611-614 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nakamura et al.: "Luminescence properties of lithium-doped ZnS epitaxial layers grown by MOCVD"Journal of Crystal Growth. Vol. 237-239. 1570-1574 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Kanemitsu et al.: "Temperature dependence of free-exciton luminescence in cubic CdS films"Applied Physics Letters. Vol. 82, No. 3. 388-390 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Free excitons in cubic CdS films"Applied Physics Letters. 80・2. 267-269 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Nakamura: "Luminescence properties of lithium-doped ZnS epitaxial layers grown by MOCVD"Journal of Crystal Growth. 237. 1570-1574 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nagai: "Optical properties of cubic CdS"Physica Status Solidi (b). 229・1. 611-614 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 山田陽一: "低次元系励起子分子とレーザ発振"日本学術振興会光電相互変換第125委員会第177回研究会資料. 12-17 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Kanemitsu: "Temperature dependence of free-exciton luminescence in cubic CdS films"Applied Physics Letters. 82・3. 388-390 (2003)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Yamada: "Localized biexcitons in Cd_xZn_<1-x>S/ZnS quantum wells"Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 87. 1571-1572 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 石崎真也: "Cd_xZn_<1-x>S/ZnS/Mg_yZn_<1-y>S分離閉じ込めヘテロ構造における励起子分子の発光特性"山口大学工学部研究報告. 52・1. 51-56 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Yoshimura: "Temperature-dependent photoluminescence study on CdZnS/ZnS/MgZnS separate-confinement heterostructures"Physica Status Solidi (a). 180. 207-211 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Yoshimura: "Epitaxial growth of Mg_xZn_<1-x>S heterostructures by low-pressure MOCVD"Journal of Crystal Growth. 221. 421-424 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 山田陽一: "II-VI族半導体の励起子系光物性"応用物理. 70・3. 317-321 (2001)

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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