Novel broadband mid-infrared emitting quantum structures fabricated by metal organic vapor phase epitaxy

金属有机气相外延制备新型宽带中红外发射量子结构

• 批准号: 22K04245
• 负责人: 前田 幸治
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Miyazaki
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04245/
• 关键词: 超格子構造; エネルギーバンド計算; 発光の温度-励起強度ダイアグラム; 発光遷移図; PLスペクトル; MOVPE; InAs/GaSb; 中赤外線; 超格子; バンド構造

本研究は、InAs/GaSb超格子構造を用いて室温付近で広い発光スペクトルを持ち、強い中赤外発光を得られる素子を作製することが目的である。2022年度は実際の超格子構造の作製に先立ち、まず2種類の超格子構造について5Kから300Kまで、11点の温度および、10^21から10^25/m^3の範囲の励起キャリア密度の組み合わせでエネルギーバンド計算を行い、自然放出による発光スペクトルの励起強度依存性と温度依存性を詳細に検討した。その結果、発光の温度-励起強度ダイアグラムは大きく3つの領域に分けられることを明らかにした。それは、低温低励起、中温中励起、高温高励起状態であった。次にそれらの発光が、どのようなバンド構造に由来するかを知るために、各温度のバンド図から発光遷移図を作成し発光準位との対応を行った。その結果、低温低励起状態から中温中励起状態への変化は、最低の準位間が最も強く発光している状態から最低の次に低い状態間の方が発光強度が強くなる時に起きたことを明らかにした。一方、中温中励起状態から高温高励起状態への変化は、最低の次に低い状態間から3番目に低い状態間の遷移が優勢になる領域に相当していた。しかし、この変化は、温度や励起強度により発光の変化のパターンが変化に富み、統一的に説明することはまだできていない。これらの結果より室温付近の発光を支配するのは最低の準位間ではなく、それより大きなエネルギーをもつ下から2番目、3番目の準位間の設計が重要であることを示すことができた。次にこれらの結果を参考にMOVPEにより、超格子の作製を行った。しかし、測定装置の故障が続きまだ室温のデータしか得られていない。その予備的な結果では、成膜温度に対する発光強度の変化が大きく、強く発光する素子の作製温度範囲は狭いことが明らかになっている。これらの結果を元に現在作製条件の最適化を行っている。

这项研究的目的是创建一种采用 InAs/GaSb 超晶格结构的器件，该器件在接近室温的情况下具有宽发射光谱，并且可以发射强中红外光。 2022财年，在实际制造超晶格结构之前，我们将首先研究两种超晶格结构从5K到300K的11个点的温度以及10^21到10^25/m^3范围内的激发载流子密度。我们结合进行了能带计算，并详细研究了自发发射引起的发射光谱的激发强度依赖性和温度依赖性。结果表明，发光的温度-激发强度图可以大致分为三个区域。它们分别是低温低激发态、中温态和高温高激发态。接下来，为了找出这些发射来自哪种能带结构，我们根据每个温度的能带图创建了发射跃迁图，并将其与发射水平相关联。结果，当发光强度从最低水平发光的状态变强到下一个最低水平时，发生从低温低激发状态到中温中激发状态的变化。另一方面，从中温激发态到高温高激发态的跃迁对应于次低到第三低的态之间的跃迁占主导地位的区域。然而，这种变化尚未能够以统一的方式解释，因为发光变化的模式根据温度和激发强度而变化。这些结果表明，控制室温附近的发射的不是最低能级，而是具有较高能量的第二和第三最低能级之间的设计很重要。接下来，参考这些结果，我们使用 MOVPE 制作了超晶格。然而，测量设备持续出现故障，迄今为止仅获得了室温数据。初步结果表明，发光强度随成膜温度的变化显着，并且用于制造发射强光的元件的温度范围很窄。基于这些结果，我们目前正在优化制造条件。