| 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 |
16H06426
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
川上 養一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30214604)
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| 研究分担者 |
船戸 充 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70240827)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | 近接場分光 / 窒化物半導体 / 発光機構解明 / 発光制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，InリッチInGaNおよびAlリッチAlGaNの特異構造における輻射（発光）および非輻射（非発光）再結合機構を時間・空間分解分光によって解明し，広いスペクトル領域において高い発光の内部量子効率を実現（究極の100%内部量子効率を目指して）するための知見を得ることを主要な目的としている．
前者の構造につては，ScAlMgO4基板上に成長したInリッチInGaN量子井戸の赤色発光特性を評価した．また，半極性GaN基板上に成長したInGaN量子井戸からのフォトルミネッセンス（PL）ピークエネルギーの温度依存性を，モンテカルロ法による励起子ホッピングモデルをベースとして，実験で得られたPL発光寿命を用いた解析を行い，励起子の局在・輻射・非輻射ダイナミクスがポテンシャル揺らぎによってどのように変化するかについて詳細な検討を行った．さらに，InGaN系3次元量子井戸構造をシンクロトロン放射光を用いたサブミクロンX線回折によって評価し，InGaNの膜厚・混晶組成とPLピークエネルギーとの詳細な相関を明らかにした．
後者の構造については，AlNエピタキシャル層をステップバンティングさせ，その上にAlGaN活性層をMOVPE（有機金属気相エピタキシー）成長することで， GaリッチのAlGaN量子細線構造が形成され，通常の量子井戸より高い効率の新紫外PL発光を得ることに成功した．これらの基礎光物性は，カソードルミネッセンスや研究室で構築した深紫外域時間分解PL分光システムによって精査されつつある．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ScAlMgO4基板上へのInリッチInGaN量子井戸の成長と赤色PL特性に関する成果は，ICNS-12（ストラスブルグ）において招待講演を行った．また，半極性GaN基板上に成長したInGaN量子井戸の励起子光物性に関する成果は，Phys. Rev. Bにフルペーパーとして報告した．さらに，シンクロトロン放射光を用いた3次元InGaN量子井戸の構造解析は，Appl. Phys. Exp.に成果を速報した．
AlGaN系の光物性と深紫外多波長LEDに関する成果は，IWUMD2017（福岡）において招待講演を行った．さらに，AlNステップバンティング上に形成されるAlGaN特異構造の成長と光物性の成果は，論文投稿を準備中であり，SPIE Optics + Photonics 2018においても招待講演が予定されている．
深紫外SNOMの技術的課題としては，AlGaN系すべてをカバーする206nmまでの短波長化と空間分解能100nmを初期の課題としている．励起光源としては，BBO結晶の2ω+2ω⇒4ωによる第4次高調波発生システムを構築し，時間分解用のパルス光源として，波長範囲: 206～220nm，パルス幅: 2ps，定常（CW）励起光源として，波長範囲: 206～250nm，出力:20mWを実現しており，室温でのSNOM分光に着手している．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き，時間・空間分解PL分光によってInリッチInGaNおよびAlリッチAlGaNの特異構造の光物性解明に取り組む．今年度は，とりわけAlNステップバンティング上に形成されるAlGaN特異構造や半極性AlN基板上に作製した分極制御AlGaN特異構造に関する評価を重点的に行う予定である．
発光の内部量子効率は，光物性を議論する際に最も重要な値である．しかしながら，本新学術領域研究がスタートする前は，その妥当な実験・評価手法については統一的な合意が得られているとは言い難い状況にあった．新学術研究がスタート後は，この問題について議論を重ねた結果，理解が得られつつある．今後も，このような統一的なテーマについて，学会やグループ間討論会を開催し，基礎光物性への貢献に資するよう取り組む．
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