シリコン基板上に成長した窒化物半導体マイクロ構造の光学特性

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<研究実績の概要>本研究では、窒化物半導体の異なる結晶成長面に作製したヘテロ量子井戸構造の発光ダイナミクス及びヘテロ界面の分極電界の効果を明らかにすることを目的とした。まず、前年度のGaN(1-101)ファセット面上に作製した多重量子井戸構造の光励起型測定法によるデバイスパラメータを検討した結果を参照しながら、試料構造を大幅に改善した。評価方法としては、時間分解分光法の一つで、光励起キャリアのエネルギー緩和過程を時間またはエネルギーの関数として測定できるPL強度相関信号法を利用した。この測定法を用いて(0001)と(1-101)ファセット面上に作製した単一量子井戸構造におけるキャリアダイナミクスについて検討した。低温における発光スペクトルでは、両方ともにバンド端からの発光以外に長波長側(低エネルギー側)に欠陥(点・面欠陥、転位、積層欠陥等)の種類に応じた発光ピークが現れた。該当するエネルギーでの緩和過程をそれぞれ評価した結果、(0001)ファセット面は2つの発光減衰成分があることが分かった。低温において、短い減衰時定数成分は25psオーダーであった。また、発光エネルギーに依存せず、ほぼ一定であることから、バンド内のキャリアのトラップあるいは輸送過程を示しているものと考えられる。一方、長い減衰時定数成分は550〜1000psオーダーとなり、バンド間遷移によるエネルギー緩和過程であることが分かった。しかしながら、転位・積層欠陥に起因した発光にも関わらず、500psのバンド端発光より短い減衰時間を示した発光ピークからは、発光再結合過程と同程度の減衰時間を持つ非発光再結合過程が関与していることが示唆された。この成果を第6回窒化物半導体国際会議(IWN-2006)でポスター発表し、その内容はphys.stat.sol.に掲載される予定である。更に、C軸を傾いた面である(1-101)ファセットを用い同様な評価を行った結果、バンド端発光領域での再結合発光強度の減衰時間は約590psとなり、(0001)ファセット面より約1.4倍短くなった。しかし、この結果だけではヘテロ界面の分極電界の効果が十分説明出来ないため、現在シミュレーションを並行した研究が進行中である。