2波長励起による青色発光半導体の非発光再結合準位スペクトロスコピー

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650003
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 鎌田 憲彦 埼玉大学, 工学部・機能材料工学科, 助教授 (50211173)
• 研究分担者: 染谷 隆夫 東京大学, 先端科学研究センター, 講師 (90292755) ; 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学研究センター, 教授 (30134638) ; 山田 興治 埼玉大学, 工学部, 教授 (30008875)
• キーワード: フォトルミネッセンス / 非発光再結合準位 / 内部量子効率 / 2波長励起フォトルミネッセンス / 青色発光半導体 / 窒化ガリウム / 禁制帯内準位 / ガリウムナイトライド

研究概要

研究目的・実施計画に則り下記について研究を進めた(下線は今年度申請備品)。
1.アナログ測光系の整備と励起強度依存性測定
<低雑音ロックインアンプ>___-を導入し、単一光子計数測光系に加えてアナログ測光系を整備した。GaN基板試料を用いて2波長励起フォトルミネッセンス(PL)のバンド間励起(AGE)光強度依存性を測定し、励起強度の増加に伴い禁制帯内励起(BGE)光照射によるPL強度の低下(BGE効果)がこれまでのモデルでの予測通り減少することを確認した。
2.BGE効果の温度依存性
禁制帯内準位間の再結合過程をより詳細に解析する上で、また先の励起強度依存性への影響の有無を確認する上で、BGE効果の温度依存性の検討が重要となった。そこで15K〜300K間でGaN基板のDAP発光について測定を行った。BGE効果は150K以下で急激に増加(PL強度が低下)するが、80K以下では一定値となり、これまでの励起強度依存性測定への影響はないことが確認された。またこの結果から活性化エネルギーはおよそ100meVと見積もられ、準位2から伝導帯への熱励起過程を含めたモデルで定量的な解釈が可能となった。これに対して禁制帯内発光(YL)のBGE効果は顕著な温度依存性を示さず、禁制帯内準位間の再結合過程解析に有用な結果が得られた。
3.GaN系半導体の禁制帯内準位
これまでの成果を基に、GaN基板、InGaN/GaN、GaN/AlGaN量子井戸構造等のGaN系青色発光半導体における禁制帯内準位の空間分布、エネルギー分布、密度、伝導帯、価電子帯間とのキャリア再結合過程に関する知見をまとめ、国際会議講演、論文発表を行った。

研究成果

• [文献書誌] N.Kamata, J.M.Z.Ocampo, T.Someya, K.Arakawa et al.: "Suppression of yellow luminescence in multiple quantum wells revealed by below-gap excitation spectroscopy"Proc.Int.Conf.on Physics of Semiconductors,Springer Proc.in Physics. 87. 1521-1522 (2001)
• [文献書誌] J.M.Z.Ocampo, N.Kamata, T.Someya, K.Arakawa et al.: "Extremely slow relaxation processes of a yellow-luminescence-related state in GaN revealed by two-wavelength excited photoluminescence"Phys.Stat.Sol.(b). 228. 433-436 (2001)
• [文献書誌] N.Kamata, J.M.Z.Ocampo, T.Someya, K.Arakawa et al.: "Below-gap recombination dynamics in GaN revealed by time-resolved and two-wavelength excited photoluminescence"Materials Science and Engineering B. (to be published).
• [文献書誌] N.Kamata, J.M.Z.Ocampo, T.Someya, K.Arakawa et al.: "Temperature dependence of photoluminescence intensity change due to below-gap excitation in GaN"Inst.of Phys.Conf.Series. (to be published).