近接場分光（SNOM）による特異構造の発光機構解明と制御

2020 年度 実績報告書

• 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
• 研究課題/領域番号: 16H06426
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 川上 養一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30214604)
• 研究分担者: 船戸 充 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70240827) ; 石井 良太 京都大学, 工学研究科, 助教 (60737047)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: 近接場光学顕微鏡 / 顕微分光 / 窒化物半導体 / 特異構造

研究実績の概要

本研究課題では，InリッチInGaNおよびAlリッチAlGaNの近接場分光（SNOM）マッピングを中心とした評価手法によって，これら半導体の特異構造を詳細に評価してきた．最終年度である本年度の成果は以下の通りである．
(1)基板のオフ角分布によるInGaN量子井戸の多波長化の実現と機構解明：申請者らはC面GaN基板のオフ角を基板面内で分布させることで，紫から青色領域で25nmの範囲で発光波長を面内分布させることに成功した．この成果は，ブロードバンドタイプのスーパールミネッセントダイオード実現に繋がるものである．
(2)半極性面AlN基板上でのAlGaN系半導体の歪み緩和機構解明：半極性r面AlN基板上に作製したAlGaN薄膜の歪緩和度は，極性面上の試料よりも大きく特異な歪み緩和機構が観測された．そこで，歪緩和モデルを構築し統一的な理解を得た．
(3)深紫外SNOM分光技術の深化：AlリッチAlGaN系量子井戸の顕微分光を回折限界以上の高分解能で行うには，この波長域で分光可能な近接場光学顕微鏡（SNOM）の開発が必要となる．申請者のグループは，超安定リングキャビティーチタンサファイアレーザと非線形光学技術によって波長210nmの深紫外CWレーザ装置を構築するとともに，深紫外オプティクスの構築によって，室温において約100nmの分解能でAlGaN量子井戸の深紫外分光マッピングに成功している．昨年度は，クライオスタットを導入したが，振動レベルの低減が課題となっていた．今年度は，新たな除振手法を構築し，極低温域から室温までの温度可変にて分光可能な深紫外SNOM技術を構築した．
(4)AlリッチAlGaN系特異構造の発光ダイナミクス評価：微傾斜AlN基板上のステップバンチングに形成される細線状Gaリッチ局在中心における輻射・非輻射過程を深紫外SNOM装置を用いて精査し，高効率化への指針を得た．

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。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Long-range electron-hole exchange interaction in aluminum nitride (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Ishii, M. Funato, and Y. Kawakami
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 102 ページ: 155202/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.155202
  • 査読あり
• [雑誌論文] 265 nm AlGaN-based deep-ultraviolet light-emitting diodes grown on AlN substrates studied by photoluminescence spectroscopy under ideal pulsed selective and non-selective excitation conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Ishii, A. Yoshikawa, K. Nagase, M. Funato, and Y. Kawakami
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 13 ページ: 102005/1-5
  • DOI: 10.35848/1882-0786/abb86f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deposition of carbon-containing hole injection layers on p-type Al0.8Ga0.2N grown by metalorganic vapor phase epitaxy (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Kishimoto, M. Funato, and Y. Kawakami
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTERS 巻: 117 ページ: 062101/1-4
  • DOI: 10.1063/5.0017703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Above 25 nm emission wavelength shift in blue-violet InGaN quantum wells induced by GaN substrate misorientation profiling: towards broad-band superluminescent diodes (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Kafar, R. Ishii, K. Gibasiewicz, Y. Matsuda, S. Stanczyk, D. Schiavon, S. Grzanka, M. Tano, A. Sakaki, T. Suski, P. Perlin, M. Funato, and Y. Kawakami
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: 28 ページ: pp. 22524-22539
  • DOI: 10.1364/OE.394580
  • 査読あり / 国際共著