2016 Fiscal Year Annual Research Report
近接場分光（SNOM）による特異構造の発光機構解明と制御
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06426
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
川上 養一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30214604)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
船戸 充 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70240827)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 近接場分光 / 光物性評価 / 多波長発光素子 / 深紫外フォトニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，InリッチInGaNおよびAlリッチAlGaNの特異構造における輻射（発光）および非輻射（非発光）再結合機構を時間・空間分解分光によって解明し，広いスペクトル領域において高い発光の内部量子効率を実現（究極の100%内部量子効率を目指して）するための知見を得ることを主要な目的としている．
前者の構造については，ScAlMgO4基板上に高品質な格子整合In0.17Ga0.83N単層膜を成長し，その上にIn0.17Ga0.83N/ InxGa1-xN/ In0.17Ga0.83N (x > 0.17)系量子井戸（QW）を作製することに成功している．この構造から，比較的内部量子効率の高い赤色フォトルミネッセンスを観測しており，詳細な物性評価に資する試料が得られた．
後者の構造に関しては，カソードルミネッセンスマッピングによるAlNおよびAlGaN QWの非輻射再結合経路の温度依存性を評価し，室温における支配的な非輻射再結合中心としてAl空孔関連の点欠陥を同定した．さらに，時間分解フォトルミネッセンス測定によってAlGaN/AlNヘテロ構造における格子不整合転位の導入の有無を精密に評価することに成功し，極性面基板の微小なオフ角により生じる結晶すべりを取り入れて臨界膜厚モデルを構築した．この成果は，高品質AlGaN QWの設計指針に貢献するものである．
さらに，深紫外波長可変レーザ（206～220nm，連続発振，出力数10mW）システムを導入し，超ワイドバンドギャップ半導体の物性解明のための近接場分光（SNOM）システムの深紫外励起光学系を構築した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ScAlMgO4基板上へのInリッチInGaNについては，格子整合In0.17Ga0.83NやIn0.17Ga0.83N/ InxGa1-xN/ In0.17Ga0.83N (x > 0.17)系QWの成長技術を確立している．また，これら試料の構造解析や光物性評価に関する成果は，IWN-2016において口頭発表を行っており，ICNS-12にて招待講演が予定されている．
AlリッチAlGaNについては，光物性解明に関する研究成果が注目されており，IWUMD-2016,IWN-2016,SPIE Photonic West (2017),2017春季応用物理学会にて招待講演を行うとともに，ICDS-29やIWUMD-2017にて招待講演が予定されている．
深紫外SNOMに関しては，励起光学系・照明光学系・対物光学系・結像光学系・検出光学系を最適化することで，世界最短波長の測定システムを構築し，AlGaNなど超ワイドバンドギャップ半導体の特異構造の光物性評価に取り組むための体制を構築しつつある．
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| Strategy for Future Research Activity |
ScAlMgO4基板上InリッチInGaNについては，蛍光顕微鏡観察では比較的均一な発光色が観測されるにも関わらず，発光半値幅がブロードであり，ストークスシフトも大きい．このことから，数100nm以下の空間階層で深い発光中心への励起子・キャリア局在が生じているものと予想され，特異構造として大変興味深い．そこで今後は，時間・空間分解分光法によって詳細な光物性の評価に着手する．
さらに，AlリッチAlGaNについては，半極性AlNバルク基板上へのAlGaN QWやAlNの表面ステップバンティングへのGaリッチAlGaN発光局在中心など，新たな特異構造の探索に向けた研究を深化させる．
さらに，深紫外SNOMのみならず深紫外域の共焦点顕微分光技術も開発し，発光不均一の空間階層性に着目した研究を推進する．
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