窒化物半導体の電子状態の解明と制御:歪工学による新機能光デバイス実現に向けて

本年度は,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルの同定,窒化アルミニウムの励起子微細構造の解明,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.以下ではそれぞれについて具体的に記す.まず,前年度に調達した無極性面および半極性面窒化アルミニウム基板に対して,一軸性応力下における偏光反射測定を行った.深紫外分光特有の問題である信号強度の著しい低下を防ぐために,高輝度白色光源の使用,光学系の最適化,光路の窒素充填などを行った.その結果,それぞれの励起子の明瞭な応力依存性を観測することに成功した。実験結果をウルツ鉱構造の励起子有効ハミルトニアンで解析することにより,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルを同定した.異方性励起子変形ポテンシャルとせん断励起子変形ポテンシャルの報告値はこれまでに存在せず,世界初の成果である.続いて,有機金属気相成長法によって作製したc面窒化アルミニウムホモエピタキシャル薄膜の発光特性を詳細に調べた.極低温においてフォトルミネッセンス測定を行うと,極めて鋭い複数の発光線が観測された.重要なこととして,偏光を考慮したフォトルミネッセンス測定を極低温から室温まで温度を変化させながら測定することにより,従来束縛励起子と同定されていた発光線は自由励起子に起因していることを明らかにした.この実験結果を群論と不変量の理論を用いて解析することにより,窒化アルミニウムにおける励起子微細構造を明らかにし,窒化アルミニウムにおける電子正孔交換相互作用定数は正であることを見出した.最後に,精密に同定した励起子変形ポテンシャルを用いて,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.具体的には,窒化アルミニウムガリウムのダブルヘテロ構造および歪み量子井戸構造を作製した場合の,禁制帯幅,偏光度,有効質量などを種々の面方位に対して包括的に理論計算を行った.

本年度は,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルの同定,窒化アルミニウムの励起子微細構造の解明,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.以下ではそれぞれについて具体的に記す.まず,前年度に調達した無極性面および半極性面窒化アルミニウム基板に対して,一軸性応力下における偏光反射測定を行った.深紫外分光特有の問題である信号強度の著しい低下を防ぐために,高輝度白色光源の使用,光学系の最適化,光路の窒素充填などを行った.その結果,それぞれの励起子の明瞭な応力依存性を観測することに成功した。実験結果をウルツ鉱構造の励起子有効ハミルトニアンで解析することにより,窒化アルミニウムにおける全ての励起子変形ポテンシャルを同定した.異方性励起子変形ポテンシャルとせん断励起子変形ポテンシャルの報告値はこれまでに存在せず,世界初の成果である.続いて,有機金属気相成長法によって作製したc面窒化アルミニウムホモエピタキシャル薄膜の発光特性を詳細に調べた.極低温においてフォトルミネッセンス測定を行うと,極めて鋭い複数の発光線が観測された.重要なこととして,偏光を考慮したフォトルミネッセンス測定を極低温から室温まで温度を変化させながら測定することにより,従来束縛励起子と同定されていた発光線は自由励起子に起因していることを明らかにした.この実験結果を群論と不変量の理論を用いて解析することにより,窒化アルミニウムにおける励起子微細構造を明らかにし,窒化アルミニウムにおける電子正孔交換相互作用定数は正であることを見出した.最後に,精密に同定した励起子変形ポテンシャルを用いて,紫外高効率発光に向けた新規デバイス構造の提案を行った.具体的には,窒化アルミニウムガリウムのダブルヘテロ構造および歪み量子井戸構造を作製した場合の,禁制帯幅,偏光度,有効質量などを種々の面方位に対して包括的に理論計算を行った.