| 研究課題/領域番号 |
10650001
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
斎藤 敏夫 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 助手 (90170513)
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| 研究分担者 |
荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
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| キーワード | 窒化物半導体 / 窒化ガリウム / 窒化インジウムガリウム / 量子ドット / 電子構造 / 強結合法 / 価電子力場法 / 量子閉じ込め |
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| 研究概要 |
最近、InGaN量子ドットのGaN上での成長、及びそれを活性層とするレーザ構造からのレーザ発振が報告されている。前年度に我々は、量子ドットの光学特性の理解のために、InGaN量子ドットの電子構造を強結合法を用いて理論計算した。量子ドットは、バリア層に囲まれていないfree-standingなものを想定した。今年度は、実験と直接比較できるように、GaNバリア層で囲まれたInGaN量子ドットの電子構造の計算を行った。本研究では、底面が(0001)面の六角柱形のIn_<0.2>Ga_<0.8>N量子ドットを想定し、これをGaNバリア層で囲み、全体も六角柱となる構造について電子構造を計算した。原子配列の計算にはKeating型のValence-Force-Field法を用い、電子構造の計算にはsp^3基底の強結合法を用いた。計算した中で、最も大きな構造は、バリア層21Åで囲まれたIn_<0.2>Ga_<0.8>N量子ドット(直径86.4Å、高さ20.8Å)であり、実験的にもこの大きさのドットを成長することが可能である。この構造に対して、ギャップ近傍の正孔準位と電子準位をそれぞれ3個まで(V1〜V3、C1〜C3)計算した。正孔側は3個共に近接した準位、電子側は基底準位(C1)と近接した励起準位(C2、C3)となっていた。また、ギャップ値はE_g(C1-V1)=2.715eVと計算された。基底電子準位の電荷分布を調べたところ、波動関数はドット中にほぼ閉じ込められているが、InGaN混晶の原子配列の不規則性を反映して、電荷分布は揺らぎを持つことが明らかになった。この計算結果を用いて、光学遷移の振動子強度や励起子の結合エネルギーを計算することが可能である。
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