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本研究では窒化物半導体の高品質ナノサイズ柱状結晶を対象として、(A)発光効率から発光デバイスとしての特性を評価、(B)キャリアダイナミクスとナノサイズ効果の解明、(C)集団配列効果により生じる光機能の開拓、という3つの目的に向かって研究を進めてきた。
(A)については、26年度に積分球を用いた新たな光学測定系を構築した。デバイス評価にとって重要かつ実用的な値である外部量子効率の測定は一般的に難しいが、27年度はこの新たな測定によって外部量子効率が内部量子効率と同様に薄膜よりもナノコラムの方が大幅に大きいことを明らかにした。さらに積分球を用いて取り出し効率の構造依存性の評価も行い、最大で薄膜の約3倍という大きな値が得られることが分かった。またこれらの検証から、これまで広く用いられてきた内部量子効率算出方法が不適切であることも明確になった。
(B)においては、26年度はIn組成揺らぎによるキャリアの局在幅について発光スペクトル形状から新たな方法で評価した。27年度はさらに発光励起スペクトル(PLE)測定および緩和時間の発光エネルギー依存も合わせて多角的な評価を行い、局在状態を複数に分離して議論することでInGaN物質の発光過程の理解を深めた。また結晶サイズの大きく異なる2つの試料を比較し、発光効率の大きな試料における局在状態の傾向を明らかにした。さらにInGaNに加えて、組成揺らぎのないGaN試料の結晶サイズ依存性も評価し、励起子‐フォノン相互作用に顕著なナノサイズ効果が発現することを見出した。また薄膜物質では見られない複数の特徴的な励起子多体効果を観測することにも成功した。
(C)に関しては、26年度は集団配列効果によって試料内で発生する誘導放出現象の直接的な観測に成功したが、27年度は引き続き角度依存性や偏光依存性などの精密測定から分布帰還メカニズムをより明確にした。
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