発光デバイス用半導体の非発光再結合準位スペクトロスコピー

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650035
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 鎌田 憲彦 埼玉大学, 工学部, 助教授 (50211173)
• キーワード: 非発光再結合準位 / 禁制帯内準位 / フォトルミネッセンス / 量子井戸構造 / バンド間発光 / 内部量子効率 / 半導体発光デバイス / 非発光再結合パラメーター

研究概要

2波長励起フォトルミネッセンス(PL)測定系の改良、およびそれを用いたGaAs/AlGaAs多重量子井戸(MQW)試料(近赤外領域)の非発光再結合準位測定(初年度)の進展を受けて、今年度は青色・短波長発光材料(GaN系半導体試料)の測定を進め、下記成果が得られた。
1.GaN系測定系の整備:バンド間励起(AGE)光源(Xeランプ)、禁制帯内準位励起(BGE)光原(半導体レーザー(波長0.98μm))及び光学フィルター等を導入し、GaN系半導体用の2波長励起測定系を整備した。
2.GaN系半導体試料の2波長励起フォトルミネッセンス
(1)InGaN/GaN-MQW試料のBGE効果(バンド間PL強度のBGE光照射による減少)を検出し、そのAGEエネルギー依存性から、準位がInGaN井戸層内でなく、GaN障壁層内に存在することを明らかにした。
(2)PL強度変化のBGEエネルギー依存性から、上記検出準位がBGEエネルギー1.6eV〜2.4eV間に分布していることを示した。
(3)バルクGaN試料の測定を行い、そのBGE効果のBGEエネルギー依存性から同一のエネルギー分布を得た。これにより上記の準位がGaN固有のものであり、先のMQW試料での空間分布測定が妥当であることを検証した。
(4)GaNを井戸層とするGaN/AlGaN量子井戸試料においてもBGE効果を確認し、準位分布の検討が可能であることを示した。総じて本手法は非破壊・非接触で、波長域を問わず発光材料の詳細・微視的な評価に有効であることを実証した。
3.研究成果発表:初年度および上記の成果を、国際変調半導体構造国際会議等、また次頁記載の学術論文として発表した。

研究成果

• [文献書誌] K. Hoshino, H. Kimura, T, Uchida, N. Kamata, et al.: "Distribution of below-gap states in undoped GaAs/AlGaAs quantum wells revealed by two-wavelength excited photoluminescence"J. Luminescence. 79. 39-46 (1998)
• [文献書誌] K. Hoshino, T, Uchida, N. Kamata, et al.: "Below-gap spectroscopy of undoped GaAs/AlGaAs quantum wells by two-wavelength excited photoluminescence"Jpn. J. Appl. Phys.. 37. 3210-3213 (1998)
• [文献書誌] N. Kamata, J. M. Z. Ocampo, K. Hoshino, et al.: "Below-Gap spectroscopy of semiconductor quantum wells by two-wavelength excited photoluminescence (TWEPL)"Recent Research Developments in Quantum Electronics. 1. 123-135 (1999)
• [文献書誌] K. Hoshino, J. M. Z. Ocampo, N. Kamata, et al.: "Absence of nonradiative recombination centers in modulation-doped quantum wells revealed by two-wavelength excited photoluminescence"to be published in Physica E. (2000)
• [文献書誌] J. M. Z. Ocampo, N. Kamata, K. Hoshino, et al.: "Spectroscopy of non-radiative recombination centers in quantum wells by two-wavelength excited photoluminescence"to be published in J. Luminescence. (2000)
• [文献書誌] J. M. Z. Ocampo, N. Kamata, K. Hoshino, et al.: "Spectroscopic discimination of non-radiative centers in quantum wells by two-wavelength excited photoluminescence"to be published in J. Crystal Growth. (2000)