短波長材料における励起子局在化の空間制御と多波長発光の研究

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本研究は,ZnO系およびIn_xGa_<1-x>N系ワイドギャップ半導体のナノ構造を制御することによって,可視短波長から紫外域において多波長発光を実現することを目的としている。具体的には,(1)励起子局在化の空間制御のために、励起子効果の大きい半導体であるZnOを対象に、ナノドットの人為的な位置・サイズ制御を試みた。集束イオンビーム(FIB)によりSiO_2基板上に数nm深さのパタンを形成し、その上へZnOの有機金属気相成長を行うことによって、サイズが良く揃ったナノドットを任意の位置に形成することができた。カソードルミネセンス測定では、室温において単一ナノドットからの発光を観測することができた。また、マイクロホトルミネセンス測定(ドット約100個を含む)では、励起子の量子閉じ込め効果を示唆する結果が得られた。以上のことから、励起子局在の場であるナノドットの空間位置を制御でき、量子閉じ込めによる強い励起子効果を反映した光機能の発現に寄与することが期待される。(2)光励起もPL測定も同一の微小開口ファイバを用いた近接場で行うイルミネーションコレクション法,(IL-mode)は,高い空間分解能が得られるがPL強度が他の領域より弱く観測された場合,開口内に分布する非発光中心によるものか,あるいは,開口外に拡散・局在したため測定領域内の励起子/キャリア数が減少したためかを区別することが困難である。一方I-modeは,空間分解能は励起子/キャリアの拡散過程に律速されるものの,測定されるPL強度は,発光・非発光過程の割合によって決定される。そこで本年度は,IL-modeとI-modeを同時に測定できるマルチモードSNOM-PL装置を開発し,InGaN単一量子井戸構造の量子井戸面内における,拡散,局在,発光および非発光過程の分布についてマッピングすることに成功した。