シリコン基板上に成長した窒化物半導体マイクロ構造の光学特性

硅衬底上生长的氮化物半导体微结构的光学特性

• 批准号: 06J50462
• 负责人: 金 銀熙
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J50462/
• 关键词: 選択MOVPE成長法; 時間分解分光法; 量子井戸構造

<研究実績の概要>本研究では、窒化物半導体の異なる結晶成長面に作製したヘテロ量子井戸構造の発光ダイナミクス及びヘテロ界面の分極電界の効果を明らかにすることを目的とした。まず、前年度のGaN(1-101)ファセット面上に作製した多重量子井戸構造の光励起型測定法によるデバイスパラメータを検討した結果を参照しながら、試料構造を大幅に改善した。評価方法としては、時間分解分光法の一つで、光励起キャリアのエネルギー緩和過程を時間またはエネルギーの関数として測定できるPL強度相関信号法を利用した。この測定法を用いて(0001)と(1-101)ファセット面上に作製した単一量子井戸構造におけるキャリアダイナミクスについて検討した。低温における発光スペクトルでは、両方ともにバンド端からの発光以外に長波長側(低エネルギー側)に欠陥(点・面欠陥、転位、積層欠陥等)の種類に応じた発光ピークが現れた。該当するエネルギーでの緩和過程をそれぞれ評価した結果、(0001)ファセット面は2つの発光減衰成分があることが分かった。低温において、短い減衰時定数成分は25psオーダーであった。また、発光エネルギーに依存せず、ほぼ一定であることから、バンド内のキャリアのトラップあるいは輸送過程を示しているものと考えられる。一方、長い減衰時定数成分は550〜1000psオーダーとなり、バンド間遷移によるエネルギー緩和過程であることが分かった。しかしながら、転位・積層欠陥に起因した発光にも関わらず、500psのバンド端発光より短い減衰時間を示した発光ピークからは、発光再結合過程と同程度の減衰時間を持つ非発光再結合過程が関与していることが示唆された。この成果を第6回窒化物半導体国際会議(IWN-2006)でポスター発表し、その内容はphys.stat.sol.に掲載される予定である。更に、C軸を傾いた面である(1-101)ファセットを用い同様な評価を行った結果、バンド端発光領域での再結合発光強度の減衰時間は約590psとなり、(0001)ファセット面より約1.4倍短くなった。しかし、この結果だけではヘテロ界面の分極電界の効果が十分説明出来ないため、現在シミュレーションを並行した研究が進行中である。

<研究结果摘要> 本研究的目的是阐明在氮化物半导体不同晶体生长面上制备的异质量子阱结构的发射动力学以及异质界面处极化电场的影响。首先，我们参考前一年使用光激发测量方法对GaN（1-101）面上制作的多量子阱结构进行器件参数研究的结果，对样品结构进行了显着改进。作为评估方法，我们使用了PL强度相关信号法，这是一种时间分辨光谱方法，可以测量光激发载流子的能量弛豫过程作为时间或能量的函数。使用这种测量方法，我们研究了在（0001）和（1-101）面上制造的单量子阱结构中的载流子动力学。在低温下的发射光谱中，在两种情况下，除了来自带边缘的发射之外，根据缺陷的类型（点/面缺陷、位错、堆叠），在长波长侧（低能量侧）出现发射峰故障等）。作为评估相应能量下的弛豫过程的结果，发现(0001)面具有两个发射衰减分量。在低温下，短衰减时间常数分量约为 25 ps。此外，由于它不依赖于发射能量并且几乎恒定，因此它被认为指示了带内载流子的俘获或传输过程。另一方面，长衰减时间常数分量约为550至1000 ps，表明这是由于带间跃迁导致的能量弛豫过程。然而，尽管发射是由位错和堆垛层错引起的，但衰减时间比 500 ps 带边缘发射更短的发射峰表明，可能存在衰减时间与辐射复合过程相当的非辐射复合过程。有人建议他们参与其中。该结果将在第六届国际氮化物半导体会议（IWN-2006）上以海报形式展示，其内容将发布在phys.stat.sol上。此外，使用C轴倾斜的面(1-101)面进行了类似的评估，结果显示带边缘发射区域中的复合发射强度的衰减时间约为590 ps，​​比 (0001) 面长约 1.4 倍。然而，由于仅此结果无法完全解释异质界面处极化电场的影响，因此目前正在进行并行模拟研究。