InAlN系半導体量子ドットの自己形成に関する研究

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本研究は(In,Ga,Al)N混晶の発光ダイナミクス測定により励起子の局在過程に関して研究を行なうことを目的とする。キャリアや励起子が量子ドットに局在化すると,非輻射再結合中心への捕獲が抑制される。このことにより,この材料系において高い発光量子効率が実現できるものと予想される。1.モードロックチタンサファイアレーザの2倍高調波(波長:380nm,パルス幅:1.5ps)により活性層の選択光励起を行い,発光ダイナミクス測定を行なった。その結果,In_xGa_<1-x>N混晶からなる活性層の発光寿命の温度依存性が,混晶組成比xによってどのように変化するかを測定し,発光に関与する励起子波動係数の空間的広がり(次元性)について解析を行った。その結果x>0.2では励起子のゼロ次元的な特長が明らかにされた。2.再生増幅器とOPAによって白色光ポンプ-プローブ分光を行い,過渡吸収(増幅)スペクトルを測定することにより高密度キャリア・励起子ダイナミクスの解析を行なった。In_<0.2>Ga_<0.8>N/GaN多重量子井戸レーザ構造において,光ポンプにより生成された過剰キャリアは1ps程度の高速で深い局所準位に緩和し光利得が生成することが明らかにされた。本研究では,InGaN系における励起子の振る舞いに関する基礎光物性が明らかにされた。この成果は,今後より局在性の高いInAlN系混晶材料の光機能性を探索する上で大きな指針になるであろう。さらに,局在効果を利用した発光デバイスの試作等の基盤研究に展開できるものと期待している。