| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04553
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 金沢工業大学 |
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研究代表者 |
山口 敦史 金沢工業大学, 工学部, 教授 (60449428)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | InGaN量子井戸 / 組成揺らぎ / 内部量子効率 / 窒化物半導体 / 光物性 / 光音響 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
窒化物半導体光デバイスの発光層の混晶半導体には、組成揺らぎ、歪み、欠陥など周期性を乱す要因（特異構造）が混在しており、その材料物性は解明されていない。こうした材料の物性解明には、特異構造をもつ物性を様々な側面から実験的に調べ、それらの実験結果のすべてを説明するための理論モデルの構築が必要である。本研究では、「非輻射再結合の直接観察」がこの物性解明の突破口になり得ると考え、この実験から輻射・非輻射再結合寿命を正確に求め、研究を進めていく。さらに、他機関からの構造評価・光物性・電子状態計算の成果も踏まえ、理論モデルを結晶の周期性の乱れた系にまで拡張し、電子状態とキャリアダイナミクスを理解する。
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| 研究実績の概要 |
多様な特異構造を含む窒化物半導体においては、そのキャリアダイナミクスを理解する上で、輻射再結合と非輻射再結合の２つの過程の各々のメカニズムを明らかにすることが重要となります。本研究では、同一の光励起条件下で、この２つの過程を同時計測する光音響・発光同時計測法を用い、特異構造内での内部量子効率を正確に求めることがキャリアダイナミクスの解明につながると考え、InGaN量子井戸の各種試料において、光音響・発光同時計測による内部量子効率の正確な測定の確立を試みました。その結果、(1)市販のLEDの活性層のInGaN量子井戸では非常に高い内部量子効率の値が得られた、(2)GaN基板上とサファイア基板上の試料で比較するとGaN基板上の試料の方が内部量子効率が高い、(3)内部量子効率の低い試料では光励起強度の増加ともに欠陥が埋まり効率が向上してくる、などの結果が得られた。さらに、これらの結果を時間分解PL測定と組み合わせて、輻射再結合寿命と非輻射再結合寿命を分離評価することも原理的に可能となりました。
また、上記の研究と並行し、時間分解PL測定やPLE測定、光励起誘導放出光測定など様々な光学実験の結果を理論モデル計算によって説明することを試みました。その結果、混晶組成揺らぎなどによるポテンシャル揺らぎに伴い状態密度を誤算関数と設定し、そのバンド内での速度方程式を考えることにより、ほぼすべての実験結果を説明できることがわかりました。さらに、このモデルでは説明できない極低温の領域（あるいはIn組成が高い領域）ではフェルミ準位の空間的不均一性を考慮するようなモデルの拡張を行えば、実験結果を説明できることもわかりました。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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