| 研究概要 |
本研究では,発光の内部量子効率に主眼を置き,InGaN量子井戸のキャリアダイナミクスを,近接場顕微分光測定によってナノスケールで可視化し,InGaN発光デバイスにおいて効率ドループを引き起こす物理現象を解明することである.本年度の主な成果を以下にまとめる.
マクロ発光測定の結果から,青色LEDでは内部量子効率が効率ドループ現象に寄与しないこと,緑色LEDでは内部量子効率が強く関与することが示唆された.そこで,この積分発光強度の飽和現象とキャリアダイナミクスの関わりを明らかにするために,近接場発光測定,時間分解近接場発光測定を行った.
これまで,ナノスケールのキャリアダイナミクスの可視化には,局所励起・局所集光法と局所励起・マクロ集光法を同一場所に行う,マルチモード法を用いてきた.しかし,この方法では,励起場所以外にキャリアがないため,キャリアの面内拡散が促進されてしまい,実デバイスの動作時とはキャリアダイナミクスが異なる恐れがある.そこで,本研究の特色として,マクロ励起・局所集光法とマクロ励起下のマルチモード法を行うことにより,デバイスの動作状況に近い状態でのキャリアダイナミクスの可視化に取り組んだ.
その結果,青色発光InGaN SQWでは,励起パワー密度の増加によって,キャリアが局在準位から非局在準位へオーバーフローするが,ポテンシャル障壁により,キャリアが非発光中心に捕獲されにくいことが分かった,一方,緑色発光InGaN SQWでは,ポテンシャル障壁は存在するものの,高In組成領域における貫通転位密度の増加により非発光中心への捕獲確率が高くなっていた.そのため,励起パワー密度が高くなると,キャリアが発光強度の強い領域から,貫通転位に起因した非発光中心が存在する高In組成領域へ拡散し,非発光再結合するキャリアの割合が増えることが判明した.
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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
青色LEDでは,効率ドループ現象へ内部量子効率の関与がないこと,緑色LEDでは,内部量子効率のドループが効率ドループ現象に関わっていることを明らかにした点,また,内部量子効率ドループのメカニズムとして,キャリア数の増加により,局在準位から非局在準位へのキャリアのオーバーフローとキャリアの面内拡散の促進により,キャリアの非発光中心への捕獲確率が増加していること解明した点で順調に進んでいると判断している.
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでは,実デバイスに用いられているC面InGaN量子井戸構造の評価を重点的に進めてきた.次年度では,C面InGaN量子井戸では高効率発光の実現が困難な,緑色領域やより長波長領域において高効率発光の実現が期待される,反極性面InGaN量子井戸構造の評価に注力していく.また,近接場過渡レンズ法を用いることで,効率ドループ現象を引き起こす要因の一つと挙げられているオージェ再結合過程のキャリアダイナミクスへの関与の有無および可視化に取り組んでいく.
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