高品質GaAsN系超格子の成長と励起子に関する研究

RF-MBE法で成長した不純物をドーピングしたGaAsNを評価することにより、以下に示す3点の研究成果を得た。(1) 昨年度に提案したフォトルミネッセンス(PL)特性を用いた電子の有効質量を評価する方法を用いて、GaAsN中の電子の有効質量の窒素組成依存性を測定した。GaAsに比べて、GaAsNにおける電子の有効質量が大きいので、GaAsN中の励起子の束縛エネルギーが高くなる。したがって、励起子吸収を利用することにより、効率の高い太陽電池が期待できる。今後は、GaAsN中の励起子と光伝導特性の関連性を評価する予定である。(2) 時間分解PL測定を行うことにより、Be不純物濃度を変化させたGaAsN中のキャリアの寿命を測定した。光励起を停止した後にはPL発光強度が減衰する。この減衰過程には、2つの時定数が存在した。長い時定数の値は、Be濃度や測定温度に依存せずに一定であったので、GaAsN中の局在準位に関連する発光であるものと考えられる。また、時間分解PLでは、S-shape特性が観測されなかったので、局在準位の濃度は限られているものと考えられる。以上のことから、Beを高濃度にドーピングしたGaAsNでは、バンド間遷移のキャリアの寿命が短くなったために、S-shape特性が消失したものと考えられる。(3) 不純物をドーピングしたGaAsNに対するX線逆格子マッピングを測定した。その結果、不純物をドーピングすることにより、GaAsNのc軸方向の揺らぎが減少することを明らかにした。その理由として、不純物と窒素原子が結合することにより、格子間に存在する窒素原子が減少したことが考えられる。

RF-MBE法で成長した不純物をドーピングしたGaAsNを評価することにより、以下に示す3点の研究成果を得た。(1) 昨年度に提案したフォトルミネッセンス(PL)特性を用いた電子の有効質量を評価する方法を用いて、GaAsN中の電子の有効質量の窒素組成依存性を測定した。GaAsに比べて、GaAsNにおける電子の有効質量が大きいので、GaAsN中の励起子の束縛エネルギーが高くなる。したがって、励起子吸収を利用することにより、効率の高い太陽電池が期待できる。今後は、GaAsN中の励起子と光伝導特性の関連性を評価する予定である。(2) 時間分解PL測定を行うことにより、Be不純物濃度を変化させたGaAsN中のキャリアの寿命を測定した。光励起を停止した後にはPL発光強度が減衰する。この減衰過程には、2つの時定数が存在した。長い時定数の値は、Be濃度や測定温度に依存せずに一定であったので、GaAsN中の局在準位に関連する発光であるものと考えられる。また、時間分解PLでは、S-shape特性が観測されなかったので、局在準位の濃度は限られているものと考えられる。以上のことから、Beを高濃度にドーピングしたGaAsNでは、バンド間遷移のキャリアの寿命が短くなったために、S-shape特性が消失したものと考えられる。(3) 不純物をドーピングしたGaAsNに対するX線逆格子マッピングを測定した。その結果、不純物をドーピングすることにより、GaAsNのc軸方向の揺らぎが減少することを明らかにした。その理由として、不純物と窒素原子が結合することにより、格子間に存在する窒素原子が減少したことが考えられる。