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

金属有机气相外延制备新型宽带中红外发射量子结构

• 批准号: 22K04245
• 负责人: 前田 幸治
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Miyazaki
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04245/
• 关键词: 超格子構造; エネルギーバンド計算; 発光の温度-励起強度ダイアグラム; 発光遷移図; PLスペクトル; MOVPE; InAs/GaSb; 中赤外線; 超格子; バンド構造

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。

这项研究的目的是制造一个元素，该元素在室温附近具有广泛的发射光谱，并可以使用INAS/GASB超晶格结构获得强大的中红外发射。 In 2022, prior to the actual fabrication of superlattice structures, energy band calculations were performed for the two types of superlattice structures, using a combination of 11 temperatures from 5K to 300K and excitation carrier densities in the range of 10^21 to 10^25/m^3, and the dependence of excitation intensity and temperature dependence of the emission spectrum due to spontaneous emission were studied in detail.结果，据揭示了发射的温度激励图可以大致分为三个区域。它处于低温，低激发，中等温度和高激发状态。接下来，为了找出这些排放来自哪种频带结构，从每个温度下的带图创建了发光的过渡图，并与发光水平相对应。结果，揭示了从低温，低兴高采烈的状态到中等温度激发状态的变化发生时，当发射强度从最低水平到最低水平到最低水平都更强时。另一方面，从中等温度的中高指向状态变为高温度，高指向状态的变化对应于最低状态和最低状态之间的跃迁的区域。但是，由于温度和激发强度，这种变化尚不可能解释发射变化的模式，并且发射变化的模式高度可变。这些结果表明，从下方的第二和第三级之间设计很重要，这在室温附近而不是在最低水平之间占主导地位。接下来，使用这些结果作为参考，由Movpe制造了超晶格。但是，测量设备继续失败，只有室温数据可用。初步结果表明，光发射强度相对于膜形成温度发生了变化，并且高光发射装置的温度范围狭窄。基于这些结果，目前正在优化制备条件。