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2012 年度 実績報告書

近接場顕微分光法による窒化物半導体発光素子の効率ドループ機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23686003
研究機関京都大学

研究代表者

金田 昭男  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80372572)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
キーワード走査プローブ顕微鏡 / 半導体物性 / マルチモード近接場分光 / 過渡レンズ法 / 効率ドループ
研究概要

今年度は,まず,緑色や長波長領域で高効率発光が期待される半極性{20-21}GaN基板上緑色発光InGaN量子井戸(QW)の基礎光物性を近接場顕微発光測定よって評価した.
この試料において,発光強度分布の最大値と最小値の比が4,また,発光ピーク波長分布が5nmであった.これらの値は,従来報告されている(0001)QWに比べ数分の1程度の小さな値であり,{20-21}QWの面内発光特性が非常に均一であることを示している.さらに,マルチモード近接場発光測定からキャリアの面内拡散長を見積もったところ,{20-21}面内の[10-14]方向に70nm,直交する[-12-10]方向に50nm程度であった.これらの値は,(0001)QWにおける拡散長の数百nmに比べて非常に短い.これは,内部電界の強度の大小関係に従って,{20-21}QWの発光寿命が(0001)QWよりも短いことを直接的に反映している.また,{20-21}QWの表面には,数nmの凹凸構造が観察された.稜線が[-12-10]に沿った特徴的な形状をしており,結晶学的な異方性に起因したものと考えられる.また,表面モフォロジに関連して発光波長分布も見られ,表面に現れる結晶面によりInの取り込まれ量が異なるためと考えている.
次に,共焦点顕微発光マッピング測定と過渡レンズ測定を同一領域で行い,(0001)サファイア基板上青色および緑色発光InGaN QWにおける効率ドループへのオージェ再結合の関与を調べた.
これらの試料において,励起光強度の増加によって発光強度が飽和傾向になる領域は,過渡レンズ測定によって観測されるキャリア密度も飽和傾向を示していた.また,キャリアの飽和傾向がより顕著に観測された.この結果は,効率ドループへのオージェ再結合の関与を否定しており,発光領域から非発光領域へのキャリアの流出が主要因であることを示唆している.

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Complex strain distribution in individual facetted InGaN/GaN nano-columnar heterostructures2013

    • 著者名/発表者名
      R. Bardoux, M. Funato, A. Kaneta, Y. Kawakami, A. Kikuchi and K. Kishino
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 3 ページ: pp.47-53

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscopic photoluminescence properties of a green-emitting InGaN single quantum well on a {20-21} GaN substrate probed by scanning near-field optical microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      A. Kaneta, Y. S. Kim, M. Funato, Y. Kawakami, Y. Enya, T. Kyono, M. Ueno and T. Nakamura
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Exp.

      巻: 5 ページ: 1-3

    • DOI

      DOI:10.1143/APEX.5.102104

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Instrumentation for dual-probe scanning near-field optical microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      A. Kaneta, R. Fujimoto, T. Hashimoto, K. Nishimura, M. Funato and Y. Kawakami
    • 雑誌名

      Rev. Sci. Instrum.

      巻: 83 ページ: 1-11

    • DOI

      DOI:10.1063/1.4737883

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interference of the surface plasmon polaritons with an Ag waveguide probed by dual-probe scanning near-field optical microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      R. Fujimoto, A. Kaneta, K. Okamoto, M. Funato and Y. Kawakami
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 258 ページ: pp.7372-7376

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2012.04.034

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of internal fields and potential inhomogeneity on the lasing properties of InGaN-based green laser diodes fabricated on (0001) polar substrates2012

    • 著者名/発表者名
      Y. S. Kim, A. Kaneta, M. Funato and Y. Kawakami
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 112 ページ: pp.71-74

  • [雑誌論文] Lateral charge carrier diffusion in InGaN quantum wells2012

    • 著者名/発表者名
      J. Danhof, H. M. Solowan, U. T. Schwarz, A. Kaneta, Y. Kawakami, D. Schiavon, T. Meyer and M. Peter
    • 雑誌名

      physica status solidi (B)

      巻: 249 ページ: pp.480-484

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of photo-induced microstructure embedded inside ZnO crystal2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishikawa, Y. Shimotsuma, A. Kaneta, M. Sakakura, M. Nishi, K. Miura, K. Hirao and Y. Kawakami
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 8243 ページ: p.82430N

    • DOI

      10.1117/12.908190

    • 査読あり
  • [学会発表] Nanoscopic PL properties in green emitting InGaN single quantum well on {20-21} GaN substrate probed by scanning near field optical microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      A. Kaneta, Y. S. Kim, M. Funato, Y. Kawakami, Y. Enya, T. Kyono, M. Ueno and T. Nakamura
    • 学会等名
      Intern. Workshop on Nitride Semiconductors
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2012-10-16
  • [学会発表] Optical Gain Properties of (0001) Oriented InGaN-Based Green Laser Diodes with Low Threshold Current Density

    • 著者名/発表者名
      Y. S. Kim, A. Kaneta, fm, Y. Kawakami, T. Miyoshi and S. Nagahama
    • 学会等名
      16th Intern. Conf. on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    • 発表場所
      Busan, Korea
  • [学会発表] Recombination Dynamics in InGaN Single Quantum Wells by Scanning Near-field Optical Microscopy

    • 著者名/発表者名
      A. Kaneta
    • 学会等名
      The 2nd Sweden-Japan Workshop on Nanophotonics and Related Technologies
    • 発表場所
      Kista, Sweden
  • [学会発表] Determination of the deformation potentials in aluminum nitride: Breakdown of the quasicubic approximation in AlN as well as GaN

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii, A. Kaneta, M. Funato and Y. Kawakami
    • 学会等名
      Intern. Workshop on Nitride Semiconductors
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
  • [学会発表] Hydrostatic and uniaxial deformation potentials in aluminum nitride: Breakdown of the quasicubic approximation in AlN

    • 著者名/発表者名
      R. Ishii, A. Kaneta, M. Funato and Y. Kawakami
    • 学会等名
      31st Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      Laforet Shuzenji, Shizuoka
  • [学会発表] 窒化アルミニウムにおける一軸性変形ポテンシャルの同定

    • 著者名/発表者名
      石井良太,金田昭男,船戸 充,川上養一
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学, 愛媛県
  • [学会発表] 緑色発光{20-21}GaN基板上InGaN量子井戸の近接場顕微発光測定

    • 著者名/発表者名
      金田昭男, 金 潤碩, 船戸 充, 川上養一, 塩谷陽平, 京野孝史, 上野昌紀, 中村孝夫
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学, 愛媛県
  • [学会発表] Contribution of low inhomogeneous broadening to the optical gain of a (0001) oriented InGaN-based green laser diode

    • 著者名/発表者名
      金 潤碩, 金田昭男,船戸 充, 川上養一
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学, 愛媛県
  • [学会発表] Effects of internal fields and potential inhomogeneity on the lasing properties of InGaN-based green laser diodes fabricated on (0001) polar substrates

    • 著者名/発表者名
      Y. S. Kim, A. Kaneta, M. Funato, Y. Kawakami, T. Miyoshi, S. Nagahama
    • 学会等名
      電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学, 大阪府
  • [学会発表] 緑色発光InGaN量子井戸の近接場光学分光

    • 著者名/発表者名
      金田昭男, 船戸 充, 川上養一
    • 学会等名
      第5回文部科学省「最先端の光の創成を目指したネットワーク研究拠点プログラム」シンポジウム
    • 発表場所
      日本科学未来館, 東京都
  • [学会発表] 共焦点顕微鏡による高Al組成AlGaN/AlN量子井戸のPLマッピング

    • 著者名/発表者名
      岩田佳也, 金田昭男, ライアン バナル, 船戸 充, 川上養一
    • 学会等名
      弟60回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学, 神奈川県
  • [学会発表] InGaN/GaN量子井戸面内におけるキャリアの伝播・再結合過程の観測

    • 著者名/発表者名
      西川恭平,金田昭男,船戸 充,川上養一
    • 学会等名
      弟60回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学, 神奈川県
  • [学会発表] 脱励起光下顕微フォトルミネッセンスによるInGaN/GaN量子井戸のキャリア再結合機構の評価

    • 著者名/発表者名
      田中優也,金田昭男,船戸 充,川上養一
    • 学会等名
      弟60回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学, 神奈川県
  • [学会発表] InGaN/GaN SQWにおける非輻射再結合のキャリアダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      井上航平, 金田昭男, 船戸 充,川上養一,岡本晃一
    • 学会等名
      弟60回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学, 神奈川県
  • [学会発表] ナノ光励起による窒化物半導体の発光機構解明と制御へのアプローチ

    • 著者名/発表者名
      川上養一, 金田昭男, 船戸 充
    • 学会等名
      弟60回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学, 神奈川県
    • 招待講演
  • [備考] 京都大学 工学研究科 電子工学専攻 量子機能工学講座 光材料物性工学分野

    • URL

      http://www.optomater.kuee.kyoto-u.ac.jp/

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公開日: 2014-07-24  

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