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窒化物光デバイスの高効率化に向けた光電子・発光融合分光分析の創製

创建光电/发光组合光谱以提高氮化物光学器件的效率

基本信息

批准号：
22K14614
负责人：
市川修平
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、次世代光デバイス用材料として注目されている窒化物半導体に対して、従来から行われてきた発光分光分析に加えて、励起状態に対する紫外光電子分光分析を融合した新奇評価手法を開拓し、キャリアダイナミクス制御にむけた指針を得ることを目的としている。今年度は、フェムト秒レーザをポンプ・プローブ光に用いた時間分解二光子光電子分光測定系(Tr-2PPE)を構築し、InGaN/GaN 量子井戸(QW)に励起された電子の緩和過程を、バンド端発光を得ることなく検出することを試みた。井戸層のIn組成が25%、井戸幅2～6 nmのQWに対して室温下で測定を行った。いずれの試料も室温では非輻射再結合が支配的であり、とくに井戸幅6 nmの試料では室温下でバンド端発光が殆ど得られないことを確認した。励起光源となるポンプ光としてTi:Sappレーザの第二高調波(波長400 nm)を用い、第三高調波(波長267 nm)を光電子放出のためのプローブ光として試料に照射した。各パルスの光路差を制御することで高い時間分解能を有するTr-2PPE系を構築した。試料に対してTr-2PPE測定を行った結果、励起電子が時間と共に再結合過程により減少することを確認した。励起電子の緩和はシングルexponential型を呈しており、見積もられた緩和寿命は井戸幅2 nmのQWで120 ps、井戸幅6 nmのQWで40 psであった。一般にInGaN QWの輻射再結合寿命はnsオーダー以上の値であることから、見積もられた緩和寿命は非輻射再結合寿命の影響を支配的に受けたものであるとが裏付けられた。これらの結果から、バンド端発光を伴わない遷移過程が支配的な試料であっても、Tr-2PPE測定により緩和寿命測定が可能であることが明らかになった。また、窒化物半導体の発光素子作製についても別途順調に研究が進行した。

In this study, the materials for next generation photoelectron spectroscopy were studied, and the new evaluation methods were developed, and the new evaluation methods were developed. This year, the InGaN/GaN quantum well (QW) was constructed by using a time-resolved two-photon photoelectron spectroscopy (Tr-2PPE) system. The In composition of the well layer is 25%, and the QW of the well width is 2~6 nm. The sample at room temperature is dominated by non-radiative recombination, and the sample at room temperature is dominated by non-radiative recombination. The excitation light source emits light of the second and third high wavelength (400 nm and 267 nm). The Tr-2PPE system is constructed by controlling the optical path difference of each component. The results of the Tr-2PPE determination of the sample were confirmed by the electron excitation time and recombination process. The relaxation time of excitation electrons is 120 ps at 2 nm and 40 ps at 6 nm. Generally, the radiative recombination lifetime of InGaN QW is controlled by the value of the product. The results of this study indicate that the migration process is dominated by the sample, Tr-2PPE determination and mitigation life determination. The research on the process of light emission in semiconductor is carried out.