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超格子混晶半導体の光学特性の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16540288
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 物性Ⅰ
研究機関和歌山大学

研究代表者

篠塚 雄三  和歌山大学, システム工学部, 教授 (30144918)

研究分担者 宇野 和行  和歌山大学, システム工学部, 助教授 (90294305)
研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2004年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワード混晶半導体 / 超格子 / 量子井戸 / III-V族化合物半導体 / CPA / 次元性 / XAFS / 窒化物
研究概要

混晶半導体で作られた量子井戸構造での電子状態を計算できる信頼できる理論の確立および窒化物混晶半導体の組成ゆらぎと熱処理による変化について理論と実験の両面から研究を行った。
理論面では、CPAを並進対称性のない有限サイズ系に拡張することに成功した。この理論をもとにA_<1-x>B_x混晶量子井戸中の電子エネルギー状態密度と光吸収スペクトルを計算し、各種パラメーターや組成x依存性、および量子井戸の次元性とサイズによる依存性を定量的に明らかにした。電子構造は定性的には次元性で決まり、元々のband構造の異方性は定量的な差として効いてくること、また、状態密度が分離するか融合するかに関する組成依存性は、当初予測されたような単調変化ではなく、対応する結晶量子井戸の状態密度を反映した変則的な変化をすることが判明した。次にtransfer energyに関する非対角的な乱れの効果についてLocator展開によるGreen関数への取り込み方法を考案した。
実験面では、近赤外用発光素子材料として重要な希薄窒化物半導体GaInNAsSbのSb原子周辺の構造を、大型放射光施設SPring-8のBL01B1ビームラインを利用しX線吸収微細構造法(XAFS法)により測定した。また、第一原理計算による結晶の局所構造の物性予測も行い、その結果をXAFS測定のシミュレーションソフトに入力し、実験結果との比較も行った。その結果、GaInNAsSbは熱処理を行うことにより、Sb原子周辺に存在していたIn原子がGa原子に置き換わるという構造変化を起こすことが分かった。この構造変化は、最も大きなイオン半径をもつSb原子の隣接サイトにイオン半径の大きなIn原子があった場合、それがイオン半径の小さなGa原子に置き換わることで局所的なひずみが小さくなり、結晶全体のエネルギーを小さくしたことを意味する。残された問題は、構造変化を起こす駆動力は何か、また構造変化がどのように光学物性に影響を与えているのか、ということである。

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2005 2004

すべて 雑誌論文 (7件)

  • [雑誌論文] Thermal annealing effects andlocal atomic configurations in GaInNAs thin films2005

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Uno, Masako Yamada, Ichiro Tanaka, Osamu Ohtsuki, Toshiyuki Takizawa
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth 278

      ページ: 214-218

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermal annealing effects and local atomic configurations in GaInNAs thin films2005

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Uno, Masako Yamada, Ichiro Tanaka, Osamu Ohtsuki, Toshiyuki Takizawa
    • 雑誌名

      J.Cryst.Growth Vol.278

      ページ: 214-218

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermal Annealing Effects and Local Atomic Configurations in GaInNAs Thin Films2005

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Uno, Masako Yamada, Ichiro Tanaka, Osamu Ohtsuki
    • 雑誌名

      J.Crystal Growth (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermal Annealing Effect in GaInNAs Thin Films Estimated by Fluorescence X-Ray Absorption Fines Structure Spectroscopy2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki UNO, Masako YAMADA, Toshiyuki TAKIZAWA, Ichiro TANAKA
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 43

      ページ: 1944-1946

    • NAID

      10012948982

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermal Annealing Effect in GaInNAs Thin Films Estimated by Fluorescence X-Ray Absorption Fine Structure Spectroscopy2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki UNO, Masako YAMADA, Toshiyuki TAKIZAWA, Ichiro TANAKA
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. Vol.43

      ページ: 1944-1946

    • NAID

      10012948982

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Local Structure Analysis of GaInNAsSb and GaInP using Fluorescence X-ray Fine Structure Spectroscopy2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki UNO, Masahiro TAKEWA, Ichiro TANAKA
    • 雑誌名

      SPring8 User Experiments Reports No.14(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Thernal Annealing Effect in GaInNAs Thin Films Estimated by X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy2004

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Uno, Masako Yamada, Toshiyuki Takizawa, Ichiro Tanaka
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 43, no.4B

      ページ: 1944-1946

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2020-05-15  

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