III族窒化物結晶の分光計測における衝突・輻射モデルによる解析

III 族氮化物晶体光谱测量中碰撞/辐射模型的分析

基本信息

批准号：
13750278
负责人：
石谷善博
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

AlInP/GaInP/AlInPでは、7Kにおいてパルスレーザ照射後のフォトルミネッセンス(PL)強度の時間変化が非指数関数的に変化することが観測された。レート方程式による解析の結果、10^<15>cm^<-3>を越える励起電子密度では励起直後において励起子が優勢に存在し、その後密度の減少とともに急激に励起子存在割合が減少し電子正孔分離状態となると推定された。これは、励起子生成速度は電子正孔それぞれの密度の積に比例し、励起子解離速度は励起子密度に比例するため、励起子と電子の密度が同程度のときは、パルス励起後のPL発光強度の時間変化が非線形レート方程式により記述されるためと考えられた。次に、よりワイドギャップで励起子結合エネルギーの大きいAlN/GaN/AlN系量子井戸による研究を行った。バンドギャップが大きいため、AlGaNのような3元混晶では組成変調によるバンドギャップの空間分布が大きくなるためキャリアの局在効果がP系結晶にくらべて大きく、励起子の解離・生成に基づくものであるかの判断が難しい。本研究ではまず、平坦なAlNの成長することから研究を行った。6H-SiC(0001)基板上に有機金属気相成長法により結晶成長を行った。その結果、まずGaN/AlN-超格子層を基板直上に成長し、その上にAlNの成長を行うことにより、1分子層の高さをもつ幅200nm程度のステップをもち、X線(0002)回折半値幅160"、(10-12)半値幅350"程度である膜厚0.5μmのアンドープAlN結晶が得られた。この試料上にAlN/GaN/AlN-多重量子井戸を製作し時間分解PL測定を行った。この試料でもやはりPL強度の非指数関数的減衰が見られた。これは、c軸方向の閉じ込めでは、量子井戸内の内部電場のため励起子の結合エネルギーが減少したためと考えられる。このような結晶で室温においてどのような励起子効果が得られるか、室温での励起子の存在割合を増加するためにはどのような構造にするのがよいかを本研究によるキャリアダイナミクス解析手法により研究してゆく必要があると考えられる。

在 AlInP/GaInP/AlInP 中，在 7K 脉冲激光照射后观察到光致发光 (PL) 强度的非指数变化。使用速率方程分析的结果是，当激发电子密度超过10^<15>cm^-3>时，激发后激子立即占主导地位，然后随着密度降低，激子丰度比迅速降低，电子It估计该洞将处于分离状态。这是因为激子产生速度与电子和空穴的密度的乘积成正比，并且激子解离速度与激子密度成正比。这被认为是因为PL发射强度的时间变化是由非线性描述的。速率方程。接下来，我们使用具有更宽间隙和更高激子结合能的AlN/GaN/AlN量子阱进行了研究。由于带隙较大，在AlGaN等三元混晶中，由于成分调制而导致的带隙空间分布变大，因此载流子局域化效应比P基晶体中的载流子局域化效应更大，并且基于解离和生成很难判断是否存在。在这项研究中，我们首先研究了扁平 AlN 的生长。通过金属有机气相外延在 6H-SiC(0001) 衬底上进行晶体生长。因此，通过首先在衬底上直接生长 GaN/AlN 超晶格层，然后在其顶部生长 AlN，我们创建了一个宽度约为 200 nm、高度为一个分子层的台阶，以及一个 X-得到射线(0002)厚度为0.5μm、衍射半宽度为160”、(10-12)半宽度为约350”的未掺杂AlN晶体。我们在此样品上制造了 AlN/GaN/AlN 多量子阱，并进行了时间分辨 PL 测量。在此样本中还观察到 PL 强度的非指数衰减。这被认为是因为激子的结合能由于c轴方向限制中的量子阱内的内部电场而降低。本研究采用载流子动力学分析方法来确定这样的晶体在室温下可以获得什么样的激子效应，以及什么样的结构最适合增加室温下存在的激子比例，认为需要进一步研究。是需要的。