Novel broadband mid-infrared emitting quantum structures fabricated by metal organic vapor phase epitaxy

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本研究は、InAs/GaSb超格子構造を用いて室温付近で広い発光スペクトルを持ち、強い中赤外発光を得られる素子を作製することが目的である。2022年度は実際の超格子構造の作製に先立ち、まず2種類の超格子構造について5Kから300Kまで、11点の温度および、10^21から10^25/m^3の範囲の励起キャリア密度の組み合わせでエネルギーバンド計算を行い、自然放出による発光スペクトルの励起強度依存性と温度依存性を詳細に検討した。その結果、発光の温度-励起強度ダイアグラムは大きく3つの領域に分けられることを明らかにした。それは、低温低励起、中温中励起、高温高励起状態であった。次にそれらの発光が、どのようなバンド構造に由来するかを知るために、各温度のバンド図から発光遷移図を作成し発光準位との対応を行った。その結果、低温低励起状態から中温中励起状態への変化は、最低の準位間が最も強く発光している状態から最低の次に低い状態間の方が発光強度が強くなる時に起きたことを明らかにした。一方、中温中励起状態から高温高励起状態への変化は、最低の次に低い状態間から3番目に低い状態間の遷移が優勢になる領域に相当していた。しかし、この変化は、温度や励起強度により発光の変化のパターンが変化に富み、統一的に説明することはまだできていない。これらの結果より室温付近の発光を支配するのは最低の準位間ではなく、それより大きなエネルギーをもつ下から2番目、3番目の準位間の設計が重要であることを示すことができた。次にこれらの結果を参考にMOVPEにより、超格子の作製を行った。しかし、測定装置の故障が続きまだ室温のデータしか得られていない。その予備的な結果では、成膜温度に対する発光強度の変化が大きく、強く発光する素子の作製温度範囲は狭いことが明らかになっている。これらの結果を元に現在作製条件の最適化を行っている。