非極性面InGaN量子井戸構造における電子状態とキャリアダイナミクスに関する研究

非极性InGaN量子阱结构电子态和载流子动力学研究

• 批准号: 17J11367
• 负责人: 坂井 繁太
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kanazawa Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J11367/
• 关键词: 窒化物半導体; 非極性面InGaN量子井戸; 内部量子効率; 変形ポテンシャル; 光音響・発光同時測定; kp摂動理論; AlGaN量子井戸

本研究では、(1) kp摂動理論に基いて窒化物半導体の電子状態を調べる研究と、(2)光音響・発光同時測定法を用いた内部量子効率評価の信頼性の検証及び測定系の構築を並行して実施した。(1)非極性InGaN 量子井戸の電子状態の解明に向け、InGaNの変形ポテンシャルを決定した。本研究では、価電子帯分裂エネルギーが変形ポテンシャルの異方性に敏感であるという性質を利用し、過去に報告された全ての価電子帯分裂エネルギーの実測値と、kp摂動理論に基づいた計算値が一致するように変形ポテンシャルを決定した。また、InGaNに非常に関連性の高い材料であるAlGaNの電子状態を調べる研究も付随して実施した。AlGaN量子井戸の価電子帯上端に本来離れて位置する3本のバンドが、特定の条件下において、非常に接近し、これにより価電子帯構造が大きく変調されることを明らかにした。この状況下では、量子井戸であるのにも関わらず状態密度が量子細線型のような形状になることを新たに見出した。(2)半導体のキャリアダイナミクスの理解においては、内部量子効率(IQE)を正確に理解することが極めて大切である。報告者の所属する研究グループでは光音響・発光同時測定法を用いてIQEを評価する手法を提案しているが、本研究の対象であるInGaN量子井戸においては、活性層の厚さが数 nmと極めて薄く、光の吸収量が少ないため、同様の評価系を用いても、IQEを精度良く測定できないことが関連学会等において指摘されていた。そこで今年度は、InGaN量子井戸のIQEの測定における信頼性の検証及び評価系の構築を実施した。本研究は所属する研究グループが連携して進め、報告者はその中において、評価系構築におけるアドバイスや実験結果の解析及び解釈、外部発表における補助を努めた。

在本研究中，我们将（1）基于kp微扰理论研究氮化物半导体的电子态，以及（2）使用同时光声和发光测量方法验证内量子效率评估的可靠性并开发测量系统。并行输出。 (1)为了阐明非极性InGaN量子阱的电子态，我们测定了InGaN的变形势。在本研究中，我们利用了价带分裂能对形变势的各向异性敏感的特性，并基于之前报道的所有价带分裂能的测量值和kp扰动理论计算了形变。确定潜力以使值匹配。此外，还对与 InGaN 密切相关的材料 AlGaN 的电子态进行了研究。研究表明，AlGaN量子阱价带顶部原本相距较远的三个能带在一定条件下变得非常接近，从而显着调制了价带结构。在这种情况下，我们新发现，即使是量子阱，态密度也呈现出类似量子线的形状。 （2）在理解半导体中的载流子动力学时，准确理解内量子效率（IQE）极其重要。演讲者所属的研究小组提出了一种使用同时光声和发光测量方法来评估IQE的方法，但在作为本研究主题的InGaN量子阱中，有源层的厚度为数nm。相关学会指出，即使使用类似的评估系统，IQE也无法准确测量，因为它非常薄，吸收的光很少。因此，今年我们验证了InGaN量子阱IQE测量的可靠性，并构建了评估系统。这项研究是与我所属的研究小组合作进行的，报告者在评估体系的构建、实验结果的分析和解释以及外部报告的协助等方面提供了建议。

项目成果

偏光遷移領域におけるc 面AlGaN量子井戸構造の量子細線型状態密度

极化过渡区c面AlGaN量子阱结构的量子线型态密度

• 发表时间: 2017
• 作者: 坂井繁太; 南琢人; 小島一信; 秩父重英; 山口敦史
• 通讯作者: 山口敦史

光音響・発光同時計測によるInGaN量子井戸の内部量子効率の測定

通过同步光声和发光测量测量 InGaN 量子阱的内量子效率

• 发表时间: 2017
• 作者: 清水奈緒人; 高橋佑知; 小林玄季; 中納隆; 坂井繁太; 山口敦史; 蟹谷裕也; 冨谷茂隆
• 通讯作者: 冨谷茂隆

Carrier dynamics studies of III-nitride materials using photo-acoustic and photoluminescence measurements

使用光声和光致发光测量的 III 族氮化物材料的载流子动力学研究

• 发表时间: 2017
• 作者: Atsushi A. Yamaguchi; Takashi Nakano; Shigeta Sakai; Haruki Fukada; Yuya Kanitani;Shigetaka Tomiya
• 通讯作者: Shigetaka Tomiya

Carrier dynamics studies of III-nitride materials using simultaneous photo-acoustic and photoluminescence measurements

使用同时光声和光致发光测量的 III 族氮化物材料的载流子动力学研究

• 发表时间: 2017
• 作者: Atsushi A. Yamaguchi; Naoto Shimizu; Shigeta Sakai; Takashi Nakano; Haruki Fukada; Yuya Kanitani;Shigetaka Tomiya
• 通讯作者: Shigetaka Tomiya

Estimation of internal quantum efficiency in III-nitride materials using simultaneous photo-acoustic and photoluminescence measurements

使用同步光声和光致发光测量估算 III 族氮化物材料的内量子效率

• 发表时间: 2018
• 作者: Atsushi A. Yamaguchi; Naoto Shimizu; Shigeta Sakai; Takashi Nakano; Haruki Fukada; Yuya Kanitani;Shigetaka Tomiya
• 通讯作者: Shigetaka Tomiya