研究課題
キャリアの非発光再結合（NRR)準位として素子効率を低下させる結晶欠陥を定量評価する手法として、２波長励起フォトルミネッセンス（TWEPL)法は優れた特徴を持つ。まず電極の要らない非破壊・非接触測定であり、禁制帯内励起（BGE)光エネルギーによりNRR準位のエネルギー分布、バンド間励起（AGE)光エネルギーにより空間分布測定が可能である。またBGE強度依存性に現れるPL強度変化の飽和現象（トラップフィリング効果による）から、準位のSRHパラメーターを定量的に算出できる。フォトルミネッセンス(PL)測定系が基本となるため、励起光源の選択により材料の種類、形状やサイズの制約がなく、ウエハマッピングから単一分子や量子ドットの分光までが可能である。本研究はこれまでの成果を踏まえ、準位のエネルギー分布を容易に測定可能なTWEPL分光系を実現することを目的とする。今年度はGaPN試料についてTWEPL測定を実施し、中間バンドの存在確認、中間バンドに付随したNRR準位の検出を達成した。NRR準位のふるまいは中間バンド型太陽電池材料の特性を定める重要な因子であり、検出準位の詳細な評価が不可欠である。LED励起用のBSON蛍光体でTWEPL測定を行い、新たにBGE照射前のAGEの照射時間（AGE前照射時間）を増すにつれてBGE照射直後の過渡的BGE効果が増大することを見出した。この関係は、AGE前照射に伴ってキャリア捕獲準位に光励起キャリアが徐々に蓄積され、BGE照射によって上のバンドに光励起される電子数が増大することで説明される。室温測定では1時間以上という前照射時間でもこの現象が飽和しない点は、キャリア捕獲準位の密度が低くなく、かつ内部量子効率が高いこの系の特殊性によると解釈される。
3: やや遅れている
GaPNのTWEPL測定により、中間バンド型材料としての特異なキャリア再結合過程の一端を明らかにすることが出来た。予想以上の成果を得た一方、Keynote講演に招待されていた国際会議が政情不安で開催延期となった。現地組織委員会との連絡調整、出張取消等に時間を要し、また計画した発表スケジュールに関する連鎖的影響を受けた。準位のエネルギー測定に関して、今年度研究目的の達成に少々遅れを生じた。
最終年度は総力を挙げてGaPNのBGE分光を進め、中間バンドとNRR準位のエネルギー位置関係を明示する。BSON蛍光体に関しては、キャリア捕獲準位とNRR準位の共存する系での光励起キャリアの振舞を総合的に明らかにする。以上をまとめて本研究の総括を行う。
Int. Conf. on Materials, Electronics and Information Engineering (ICMEIE, Rajshahi, Bangradesh)に招待され、本研究の成果をKeynote講演の予定で準備していた。またTWEPLに関するReview Paperを執筆した。しかし直前になってDhakaでの政情不安（ストライキで全公共交通ストップ、放火、爆弾テロ多発）により危険情報が発令され、2014年2月27-28日予定のICMEIEは延期された。このため出張手続のキャンセル等に時間を取られ、研究の進展にわずかながら支障をきたした。フライトのキャンセル料を除き予定していた出張経費支出がなくなった。
GaPN試料で検出された中間バンドとNRR準位のエネルギー分布測定を進める。またBSON蛍光体の捕獲準位、NRR準位を含めたキャリア再結合過程を総合的に解析し、本研究の取りまとめを行う。
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Phys. Status Solidi B
巻: 252 ページ: 936-939
10.1002/pssb.201451582
巻: 252 ページ: 952-955
10.1002/pssb.201451499
Phys. Status Soldi C
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電子情報通信学会, 信学技報
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照明学会誌論文号
巻: 99 ページ: pp. 90-93
http://www.fms.saitama-u.ac.jp/lab/kamata_l/index.html
