| 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 |
16H06428
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| 研究機関 | 山口大学 |
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研究代表者 |
山田 陽一 山口大学, 創成科学研究科, 教授 (00251033)
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| 研究分担者 |
倉井 聡 山口大学, 創成科学研究科, 助教 (80304492)
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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 | 結晶特異構造 / 混晶不均一系 / 低次元不均一系 / 局在効果 / 励起子多体効果 / 励起子分子 / 窒化物半導体 / 励起子工学 |
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| 研究実績の概要 |
混晶不均一系および低次元不均一系という構造的不完全性に起因した結晶特異構造に着目し、不均一系における局在効果が高密度励起子系の輻射再結合過程に与える影響を解析した。AlxGa1-xN混晶不均一系では、励起子分子の結合エネルギーが局在の影響を受けて大きく増大し、その混晶組成比依存性はアロイブロードニングの傾向とほぼ一致することを明らかにした。AlxGa1-xN混晶量子井戸構造では励起子分子に対する量子閉じ込め効果により、その結合エネルギーの更なる増大が生じており、励起子分子の結合エネルギー増大に対する量子閉じ込め効果を局在効果と分離して定量評価することに成功した。
次に、励起子と励起子分子の局在の度合いを表す物理量であるストークスシフトを測定し、その温度依存性を導出した。励起子および励起子分子のストークスシフトは、極低温から室温まで、温度上昇とともに単調に減少したが、室温以上ではその減少の割合が飽和する傾向にあることを明らかにした。この傾向は、温度上昇に伴う熱的活性化により励起子や励起子分子が非局在化するというモデルだけでは説明することができず、励起子系に対して非常に強い局在機構が働いていることが示唆された。
一方、InxGa1-xN混晶不均一系に関しては、近接場光学顕微分光測定により、高Ga組成領域において励起子分子の発光を観測した。励起子分子結合エネルギーの目安となる励起子発光線と励起子分子発光線とのエネルギー間隔は、高Ga組成AlxGa1-xN混晶の場合よりも大きくなることを明らかにした。この観測結果は、局在効果により高Ga組成InxGa1-xN混晶が非常に大きな励起子分子結合エネルギーを有していることを示すものであると考えられる。
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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
AlxGa1-xN混晶不均一系では、励起子分子に対する局在効果をその結合エネルギーを通して定量的に明らかにした上で、AlxGa1-xN混晶量子井戸構造における励起子分子に対する量子閉じ込め効果を局在効果と分離して定量評価することに成功した。InxGa1-xN混晶不均一系に関しても、励起子分子発光を観測し、励起子分子に対する局在効果をAlxGa1-xN混晶不均一系と比較して議論できていることから、本年度の初めに立案した研究実施計画はほぼ達成されたものと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の研究に引き続き、InxGa1-xN混晶不均一系における高密度励起下での輻射再結合過程に着目し、励起子多体効果に関する基礎物性の解明に重点的に取り組む。近接場光学顕微分光装置を用いてナノスコピックな分光計測を行うことにより、InxGa1-xN混晶不均一系における特異な局在機構を明らかにするとともに、励起子分子や励起子系の非弾性散乱過程等、励起子多体効果に関する基礎物性を解明する。その上で、AlxGa1-xN混晶不均一系に関する実験結果と併せて、混晶不均一系における局在効果が高密度励起子系の輻射再結合過程に与える影響の普遍的な理解を目指す。
次に、時間分解発光分光法による発光ダイナミクスの測定により、高密度励起子系の輻射および非輻射再結合レートに対する局在の効果を解明する。輻射および非輻射再結合レートを導出する上で、測定試料の内部量子効率を正確に見積もることが重要となる。これまでの研究により内部量子効率の実験的な導出法を提案してきたが、新たにレート方程式を用いた発光効率曲線の解析を導入することにより、信頼性の高い内部量子効率の実験的導出法を構築する。
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