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窒化物半導体低次元構造の時間・空間分解非線形分光法と光機能性発現

氮化物半导体低维结构的时间和空间分辨非线性光谱及光学功能表达

基本信息

批准号：
05J02168
负责人：
小島一信
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,窒化物半導体を用いた機能的光学素子の作製及び評価を念頭に置いている.第一,第二年次ではc面と呼ばれる,ウルツ鉱結晶の最も対称性の良い面を基板とし,その上にエピタキシャル成長したInGaN量子井戸を作製,及び時間・空間分解分光測定や,光学利得の実測を行い,特にレーザダイオード(LD)の活性層としての性能を評価した,さらに,ウルツ鉱構造が持つ対称性を考慮したk・p摂動論の展開,及び多バンドレート方程式の定常解・過渡解を計算し各種実験結果と照らし合わせることで,c面InGaN量子井戸の光物性の解明を行った.その結果,発振波長が470nm程度の比較的In組成の大きな長波長InGaN量子井戸LDにおいては,レーザ発振しきい値キャリア密度程度の高キャリア領域でもなお,活性層にはピエゾ分極に由来する量子閉じこめシュタルク効果(QCSE)が存在し,輻射再結合確率が30〜40%に低下していることを定量的に明らかとした.この流れを受けて,最終年次である本年は非c面上の結晶成長を試み,QCSEの低減した長波長InGaN量子井戸LD構造の作製に成功した.現状での最長波長は475nmである.また,このような対称性の低下した結晶面上の量子井戸は大きな光学異方性を伴うことを明らかとし,これを理論的に解析した.その結果,活性層が受ける歪みの異方性が最も光学特性を支配していることを明らかにした.また,この結果を利用して,活性層における歪みを積極的に制御することで,任意の偏光特性を持った発光ダイオードや,LDの壁開面の利用など,応用上重要な物性制御方法を開発するに至った.つまり,窒化物半導体を用いた,長波長かつ機能的光源の開発への道を創成した.

In this study, でる, the optical elements with <s:1> た functions are used to fabricate and evaluate the を of nitride semiconductors, and the に setup of にてるるるる. The first and second years time では c surface と shout ばれる, ウルツ鉱 crystallization の most も polices say good sex のい surface を substrate とし, その on にエピタキシャル growth した InGaN quantum well opens を system, spectral measurement and び time, space decomposition や, optical gains の be measured をい, trevor にレーザダイオード (LD) の active layer として価のを performance assessment した, さらに, ウルツ鉱 tectonic が hold つ said sex seaborne を consider しのた k. p, dynamic theory, and more than びバンドレート equation is の stationary solution, transitional solution をし calculate be と験 results as らし close わせることで, c surface InGaN quantum well opens の optical property の interpret を line った. その results, の well が発 resonance wavelength 470 nm In grand きのな long wavelength InGaN quantum well opens LD においては, レーザ発 vibration しきい numerical キャリア high density degree のキャリア field でもなお, active layer にはピエゾ points very に origin する quantum closed じこめシュタルク unseen fruit (QCSE) がし, radiation combined with probabilistic が 30 ~ 40% low にしていることを quantitative に Ming らかとした. これの flow を by けて, final year である year はの crystal growth on the surface of non c をみ, QCSE の low cut した long wavelength InGaN quantum well opens に success the LD structure の cropping した. Status quo でのは longest wavelength 475 nm である. また, このような said sex low のし seaborne たの crystal surface quantum well opens は big きな optical を with different party うことを Ming らかとし, これにを theory analytical した. その as a result, the active layer が by ける slanting みの square difference が most も optical properties を dominate していることを Ming らかにした. また , この results をして, active layer における slanting みを positive に suppression することで, arbitrary の polarization feature を hold った発 light ダイオードや, LD の wall open surface の using など, 応 important properties な suppression method using を open 発するに to った. つまり, smothering compound semiconductor を with いた, long wavelength かつ function of light の open 発への way を" Become た.