窒化物系深紫外域混晶半導体における高密度励起子系の光機能性

• 研究課題/領域番号: 25420289
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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, 理工学研究科, 教授 (00251033)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 励起子分子 / 励起子 / 局在化 / 低次元化 / 窒化物半導体 / 混晶半導体 / 励起子工学 / 量子井戸

研究成果の概要

深紫外波長領域に基礎吸収端を有するAlGaN混晶量子井戸構造を対象とし、2つの励起子の結合状態である励起子分子の基礎物性を解明した。発光励起スペクトルの測定より励起子分子の結合エネルギーを導出し、混晶量子井戸内に形成される励起子分子の結合エネルギー増大に対する局在効果と量子閉じ込め効果を分離して定量評価することに成功した。量子井戸層の膜厚や障壁層の混晶組成比を変化させた一連の試料に対する測定より、励起子分子の結合エネルギーは最大で160 meVに達し、室温以上の高温領域（750K）においても安定に存在することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Microscopic potential fluctuations in Si-doped AlGaN epitaxial layers with various AlN molar fractions and Si concentrations (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kurai, Hideto Miyake, Kazumasa Hiramatsu, and Yoichi Yamada
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 119 号: 2 ページ: 25-707
  • DOI: 10.1063/1.4939864
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controlling potential barrier height by changing V-shaped pit size and the effect on optical and electrical properties for InGaN/GaN based light-emitting diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Okada, H. Kashihara, K. Sugimoto, Y. Yamada, and K. Tadatomo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4905914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Binding energy of localized biexcitons in AlGaN-based quantum wells (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Hayakawa, T.Fukuno, K.Nakamura, H.Miyake, K.Hiramatsu, Y.Yamada
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 7 号: 12 ページ: 122101-122101
  • DOI: 10.7567/apex.7.122101
  • NAID: 210000137325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Si concentration dependence of structural inhomogeneities in Si-doped AlxGa1-xN/AlyGa1-yN multiple quantum well structures (x=0.6) and its relationship with internal quantum efficiency (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Kurai, K.Anai, H.Miyake, K.Hiramatsu, Y.Yamada
  • 雑誌名: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 116 号: 23 ページ: 235703-235703
  • DOI: 10.1063/1.4904847
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneous distribution of defect-related emission in Si-doped AlGaN epitaxial layers with different Al content and Si concentration (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kurai, F. Ushijima, H. Miyake, K. Hiramatsu, Y. Yamada
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 115 号: 5 ページ: 53509-53509
  • DOI: 10.1063/1.4864020
  • NAID: 120006364143
  • 査読あり
• [学会発表] AlGaN量子井戸構造における励起子分子の結合エネルギー―混晶障壁層の組成比依存性― (2016)
  • 著者名/発表者名: 和泉平 福地駿平 中村豪仁 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Binding of quasi-two-dimensional biexcitons in AlGaN quantum wells (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nakamura, T. Izumi, S. Fukuchi, H. Miyake, K. Hiramatsu, and Y. Yamada
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • 発表場所: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] AlGaN量子井戸における励起子分子結合エネルギーの井戸幅依存性(2) (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村豪仁 和泉平 福地駿平 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Dense excitonic properties of AlGaN-based quantum wells (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, T. Fukuno, K. Nakamura, T. Izumi, H. Miyake, and K. Hiramatsu
  • 学会等名: Workshop on Frontier Photonic and Electronic Materials and Devices (2015 German-Japanese-Spanish Joint Workshop)
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館（京都市）
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] AlGaN量子井戸における励起子分子結合エネルギーの井戸幅依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福野智規 中村豪仁 和泉平 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11
• [学会発表] 混晶局在系における励起子多体効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田陽一
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会「窒化物半導体特異構造の科学～物性評価と結晶学の構築へ～」シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] AlGaN混晶薄膜の高温PLE測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中尾文哉 長坂智幸 鶴丸拓斗 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] AlGaN系量子井戸構造の高温PLE測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福野智規 中村豪仁 和泉平 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] Si濃度の異なるAl0.61Ga0.39N混晶薄膜のカソードルミネッセンス法による局所スペクトル評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] Photoluminescence due to inelastic scattering of excitons and biexcitons in AlGaN-based quantum wells up to 750 K (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayakawa, T. Fukuno, K. Nakamura, H. Miyake, K. Hiramatsu, and Y. Yamada
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2014
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 2014-08-26
• [学会発表] Inelastic exciton and biexciton scattering in AlGaN-based quantum wells (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, Y. Hayakawa, T. Fukuno, K. Nakamura, H. Miyake, and K. Hiramatsu
  • 学会等名: 32nd International Conference on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2014-08-14
• [学会発表] Effect of quantum confinement on biexciton binding energy in AlGaN-based quantum wells
  • 著者名/発表者名: Y. Hayakawa, T. Fukuno, H. Miyake, K. Hiramatsu, and Y. Yamada
  • 学会等名: 10th International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Gayload National Hotel and Convention Center, Washington, DC, USA
• [学会発表] AlGaN混晶局在系の励起子光物性
  • 著者名/発表者名: 山田陽一
  • 学会等名: 日本学術振興会結晶加工と評価技術第145委員会第137回研究会
  • 発表場所: 明治大学（東京都千代田区）
  • 招待講演
• [学会発表] AlGaN系量子井戸構造における局在励起子分子の結合エネルギー
  • 著者名/発表者名: 早川裕也 福野智視 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京田辺市）
• [学会発表] AlGaN混晶薄膜における励起子分子の熱的安定性
  • 著者名/発表者名: 古谷佑二郎 中尾文哉 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京田辺市）
• [学会発表] LP-MOVPE法で成長したSi添加AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多重量子井戸構造(x~0.6)のカソードルミネッセンスマッピング評価
  • 著者名/発表者名: 倉井聡 穴井恒二 若松歩 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京田辺市）
• [学会発表] AlGaN系量子井戸構造の高温PL測定
  • 著者名/発表者名: 早川裕也 福野智視 中村豪仁 倉井聡 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学（相模原市）
• [学会発表] Al組成の異なるAlGaN薄膜のカソードルミネッセンス法による局所スペクトル評価
  • 著者名/発表者名: 倉井聡 合田直樹 三宅秀人 平松和政 山田陽一
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学（相模原市）