窒化物半導体量子井戸構造の光学遷移過程における励起子局在効果の研究

氮化物半导体量子阱结构光跃迁过程中激子局域化效应研究

• 批准号: 11750268
• 负责人: 秩父 重英
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750268/
• 关键词: 窒化物半導体; 立方晶窒化物; InGaN混晶; 組成不均一性; 局在励起子; 量子井戸; フォトルミネッセンス(PL); 時間分解PL; フォトルミネッセンス; MBE

1.有機金属化学気相エピタキシー(MOVPE)および分子線エピタキシー(MBE)法による立方晶InGaN成長MBEではRFプラズマ源を用いて3C-SiC/Si基板上に立方晶GaNを成長させ、それをバッファとして立方晶InGaN及びInGaN/GaN量子井戸構造を成長した。MOVPE装置の立ち上げ作業も終焉を迎えた。得られたInGaN膜および量子井戸は下地のGaNのコヒーレントに成長していることが確認され、歪InGaN層のInNモル分率は最大20%近くまでを制御して成長できた。しかしながら組成の不均一性は大きかった。フォトルミネッセンス(PL)発光スペクトルは、InNモル分率の増加に伴ない紫外域から純青・緑色領域を越して黄緑色程度まで及んだ。2.フォトルミネッセンス・フォトリフレクタンス・時間分解フォトルミネッセンス等の光学的物性評価PLスペクトルとPL励起スペクトルから、InNモル分率の増加に伴ない有効バンドギャップ不均一性も増大することが確認された。そのストークスシフト量は六方晶のそれに匹敵ないしはそれより大きい。立方晶構造では六方晶構造で問題とされる圧電電場による電子-正孔の波動関数の重なりの減少は無い。したがって、これらの結果から励起子が局在している事が伺える。時間分解PL測定からも、強い局在を示す、検出波長の増加にともなう再結合寿命の増加が見られた。立方晶材料六方晶材料に比べ非発光再結合が強いが、温度の増加にともなう非発光再結合寿命の減少自体は顕著ではなかった。六方晶InGaN量子井戸において空間分解カソードルミネッセンス測定から数十nm以下のスケールでの組成変調が認められており、拡散長を短くしてキャリアを局在させ、発光効率の増大に寄与したものと考えている。バルクInGaNでも量子井戸でも局在は観測されており、励起子の局在はInGaN材料におけるユニバーサルな現象といえる。

1.使用金属有机化学气相外延（MOVPE）和分子束外延（MBE）生长立方InGaN MBE使用RF等离子体源在3C-SiC/Si衬底上生长立方GaN，然后​​缓冲其结果。 ，生长了立方InGaN和InGaN/GaN量子阱结构。 MOVPE设备的启动工作也已结束。证实所获得的InGaN薄膜和量子阱与底层GaN共格生长，并且通过将InN摩尔分数控制在最大接近20%，可以生长应变InGaN层。然而，成分异质性很大。随着InN摩尔分数的增加，光致发光（PL）发射光谱范围从紫外区到纯蓝/绿区再到黄绿色。 2.光致发光、光反射和时间分辨光致发光等光学特性的评价从PL光谱和PL激发光谱可以看出，有效带隙不均匀性随着InN摩尔分数的增加而增加。斯托克斯位移量与六方晶体相当或更大。在立方结构中，由于压电场而没有减少电子-空穴波函数的重叠，这是六方结构中的问题。因此，这些结果表明激子是局域化的。时间分辨 PL 测量还显示，随着检测波长的增加，重组寿命也随之增加，这表明了强局域化。尽管立方材料中的非辐射复合比六方材料中的非辐射复合更强，但非辐射复合寿命随温度升高的降低并不显着。在六角形 InGaN 量子阱中，空间分辨阴极发光测量揭示了数十纳米或更小的尺度的成分调制，这被认为缩短了扩散长度并使载流子局域化，从而有助于提高发光效率。在体InGaN和量子阱中都观察到了局域化，激子局域化可以说是InGaN材料中的普遍现象。

项目成果

出口隆弘、宗田孝之、秩父重英 他: "Optical properties of an InGaN active layer in ultraviolet light emitting diodes"Japanese Journal of Applied Physics. 38巻9B号. L975-L977 (1999)

Takahiro Deguchi、Takayuki Muneta、Shigehide Chichibu 等人：“紫外发光二极管中 InGaN 活性层的光学特性”，日本应用物理学杂志，第 38 卷，第 9B 期（1999 年）。

秩父重英,和田一実,中村修二 他: "Evidence of localization effects in InGaN single-quantum-well ultraviolet LEDs"Applied Physics Letters. 76巻. 1671-1673 (2000)

Shigehide Chichibu、Kazumi Wada、Shuji Nakamura 等人：“InGaN 单量子阱紫外 LED 中的局域化效应的证据”应用物理快报 76. 1671-1673 (2000)。

秩父重英、中西久幸、宗田孝之 他: "Comparison of optical properties in GaN/AlGaN and InGaN/AlGaN single quantum wells"Japanese Journal of Applied Physics. 39巻4号(4/15掲載予定). (2000)

Shigehide Chichibu、Hisayuki Nakanishi、Takayuki Muneta 等人：“GaN/AlGaN 和 InGaN/AlGaN 单量子阱的光学特性比较”，日本应用物理学杂志，第 39 卷，第 4 期（预定于 4 月 15 日出版） ）（2000）。

秩父重英、和田一実、中村修二 他: "Evidence of localization effects in InGaN single-wuantum-well ultraviolet LEDs"Applied Physics Letters. 76巻(3/20掲載予定). (2000)

Shigehide Chichibu、Kazumi Wada、Shuji Nakamura 等人：“InGaN 单钨阱紫外 LED 中的局域化效应的证据”《应用物理快报》第 76 卷（计划于 3 月 20 日出版）。

秩父重英,宗田孝之,中村修二 他: "Impacts of internal electric field and localization of quantum well excitons in AlGaN/GaN/InGaN light emitting diodes"Physica Status Solidi (a). (印刷中). (2001)

Shigehide Chichibu、Takayuki Muneta、Shuji Nakamura 等人：“AlGaN/GaN/InGaN 发光二极管中量子阱激子的影响和局域化”Physica Status Solidi（2001 年）。