新規近接場分光法による窒化物半導体の輻射・非輻射過程の可視化技術の開発

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本研究では、InGaN量子井戸構造における、局所的な結晶構造の変化とそこに起因した発光および非発光中心へのキャリア・励起子の局在、拡散、捕獲の各過程を、近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いたナノ分光法により明らかにすることを目的としている。本年度に得られた結果を以下に示す。InGaN発光ダイオードにおける高キャリア注入時における発光効率の低下の要因を明らかにするために、励起密度を変化させてマルチモードSNOM測定を行い、キャリアダイナミクスの変化について調べた。その結果、青色発光InGaN量子井戸および緑色発光InGaN量子井戸ともに弱励起密度(10^<14>cm^<-3>台)のときには、スポット状の強発光強度の強い場所が点在していることが分かった。そこから、励起密度を10^<18>cm^<-3>台にまで上昇させて、発光強度の変化とその空間分布を調べた。その結果、10^<16>cm^<-3>台までは、励起密度の上昇にほぼ比例して発光強度が上昇するものの、それ以上になると飽和傾向になることが分かうた。また、発光強度の変化の空間分布に着目すると、励起密度の上昇によって弱発光領域の発光強度が著しく増加し、強発光領域の発光強度の上昇率は低く飽和傾向にあるため、10^<14>cm^<-3>台では10倍程度あった弱発光領域と強発光領域の強度差が10^<16>cm^<-3>台では5倍程度、10^<18>cm^<-3>台では2倍程度と減少することが分かった。さらに、発光強度の空間分布像を見ると、スポット状の強発光領域間の弱発光領域の発光強度が著しくよ昇し、スポット状構造がつながり大きな島状構造に変化していくことが分かった。次に、非発光中心の熱活性化過程の観測を行うために、同一箇所の温度依存SNOM発光タッピング測定に向け、SNOM測定系の改造を行った。その結果、温度安定性、測定位置安定性が著しく改善し、測定の下準備が整った。