| 研究課題/領域番号 |
22K14614
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
市川 修平 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50803673)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 二光子光電子分光 / 表面再結合 / 窒化物半導体 / 時間分解 / 光電子分光 / フォトルミネッセンス / カソードルミネッセンス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代の光・電子デバイス応用が期待されている窒化物半導体は、ヘテロ構造界面や試料表面における非輻射再結合過程が起因となり、素子の高効率化が妨げられている等の多くの課題を有している。本研究課題では、窒化物半導体光素子に対して、従来から行われてきた発光分光分析に加えて、励起状態に対する紫外光電子分光分析を融合した新奇評価手法を開拓することで、「半導体中に形成される電子状態と励起キャリア挙動の相関」を時空間分解的に明らかにする。これまで望まれながらも未実現であった、分野横断的な本手法を用いることで、次世代光半導体中のキャリアダイナミクス制御にむけた指針を得ることを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
本研究課題では、主に可視発光デバイスとして研究が盛んにおこなわれているInGaNに対して、二光子光電子分光法を用いて表面キャリア寿命を直接評価を行った。
as-grownの(0001)InGaN表面でのキャリア寿命は3.8 nsと見積もられ、GaAs(110)表面での寿命と比較して2桁程度長く、表面再結合速度が著しく遅いことが明らかになった。(0001) InGaN表面にCsを吸着させて表面バンドベンディングを抑制すると、キャリア寿命は48 psにまで減少した。このことから、InGaNの表面再結合は、表面バンドベンディング量に極めて強く依存することを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超小型・高精細な「マイクロLEDディスプレイ」の実現にむけて、窒化物半導体光デバイスに期待が寄せられている。これまで、素子の微細化に伴って生じる非発光過程である、表面再結合過程の評価が十分でなかったが、表面敏感な二光子光電子分光法と従来の発光分光測定を組み合わせることにより、表面キャリア寿命の直接評価が可能であることを示した。異材料への適用も可能な評価手法の開発という観点から、学術的意義の高い結果が得られた。また、従来のGaAs系材料に比べると、表面再結合の影響が小さいことが示唆され、マイクロLED高効率化に向けた窒化物半導体開発の指針を得た点では、社会的な意義も高い成果となったと考える。
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