GaNの光学的非線形性に及ぼす励起子の効果の研究

激子效应对GaN光学非线性的研究

• 批准号: 08874026
• 负责人: 宗田 孝之
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08874026/
• 关键词: III族窒化物; 励起子; 誘導放出; ゲインスペクトル; ピエゾ電場; ポテンシャル揺動; ポンプ・プローブ法; アップ・コンバージョン法; 光学的非線形性; ポンプアンドプローブ法; 誘導放射

本研究の目的はサファイア上に堆積された高品質GaN薄膜、InGaN/GaN単一量子井戸及びInGaN/InGaN多重量子井戸構造における励起子の性質とその光学的非線形性に及ぼす効果を調べることにあった。はじめに、研究コミュニティーからの要請により若干目的に変更が生じたことをお詫びしておく。研究実績は以下の通りである。1.Gan:0.83μm単結晶試料の10K-300Kにおける透過率・反射率の精密測定を行い、基礎吸収端近傍で吸収係数が1×105cm-1であることを見出した。この試料と4μmの試料で、Xeランプとガラスフィルタを組み合わせて得た3.3eV以上の白色スペクトルにより超弱励起PL測定を実施した。A,B励起子の完全分離、均一線幅の同定、A,B励起子第一励起状態からの発光同定ができた。更に膜厚変化に伴う残留歪による励起子発光ピークのシフト、欠陥密度の変化に起因すると思われる束縛励起子発光強度の変化等を見出した。吸収係数の絶対値が大きいことから、基礎吸収端でのポンプ・プローブ(P&P)法による透過率測定は満足のいく結果が得られなかったので、現在測定した吸収係数だけをもとにした光双安定性の計算を実行している最中である。ナノ秒P&P法では、吸収端より長波長側で、光照射後の比較的長い時定数を持つ屈折率変化を見出し、GaNの可変屈折率素子としての可能性を示唆した。2.InGaN単一・多重量子井戸:これら試料における最近の話題はピエゾ電場効果と混晶中のポテンシャル揺動に集中している。観測される電子系は両者の競合で決まっており、個々の効果の分離が難しい。本研究ではSiを高濃度に添加することで前者の効果をほぼゼロに抑制した試料を2つ成長条件を変えて作製し後者の効果の有無を調べた。結果はポテンシャル揺動が明らかに存在することを示した。これが無添加試料において励起子を局在させる一因であると考えられる。これらの試料でのゲインスペクトルを求めた結果、それは電子正孔プラズマモデルで説明できる一方で、如実にポテンシャル揺動を反映している事実を見出した。ポテンシャル揺動が弱い試料でアップ・コンバージョン法により蛍光の立ち上がり時間を測定した結果、それは60fs以下であることを見出した。n型試料でありかつ正孔・LOフォノン散乱が無視できる様にした励起波長での比較的弱励起条件下での結果であることから、実験結果は正孔が電子・正孔散乱により余剰エネルギーを冷たい電子へ移行して速やかに緩和することを反映したものと考えている。InGaN系における光励起正孔の初期緩和に関する研究はこれが始めてであることを付記しておく。

Purpose の this study は サ フ ァ イ ア に accumulation on さ れ た high quality GaN film, InGaN/GaN 単 a quantum well opens and び InGaN/InGaN opens multiple quantum well structure に お け る excitation screwdriver の nature と そ の optical nonlinear に and ぼ す unseen fruit を adjustable べ る こ と に あ っ た. は じ め に, research コ ミ ュ ニ テ ィ ー か ら の to please に よ り に several purpose - more が raw じ た こ と を お - び し て お く. Research achievements are as follows: である. 1. Gan: 0.83 mu m 単 crystal sample の 10 k to 300 k に お け る transmittance, reflectance の precision measurement based suction 収 を い, nearly alongside で 収 absorption coefficient が 1 x 105 cm - 1 で あ る こ と を shows し た. こ の try material と 4 mu m の で, Xe ラ ン プ と ガ ラ ス フ ィ ル タ を group み close わ せ て more than 3.3 eV た の white ス ペ ク ト ル に よ り ultra weak wound up PL measurement を be applied し た. The A and B excitation starters are completely separated, the uniform line amplitude <e:1> is fixed, and the first excitation state of the A and B excitation starters is ら ら and the light emission is fixed がで た た. More に film thickness variations change に with う residual slanting に よ る excitation screwdriver 発 light ピ ー ク の シ フ ト, owe の 陥 density variations change に cause す る と think わ れ る bound excitation screwdriver 発 light intensity の variations change such as を shows し た. 収 absorption coefficient の unique numerical が seaborne big き い こ と か ら, foundation suction 収 で の ポ ン プ · プ ロ ー ブ method (P&P) に よ る transmittance measurement は against foot の い く results ら が れ な か っ た の で, determination of now し た だ 収 absorption coefficient け を も と に し た ShuangAn light qualitative の computing を line be し て い る in most で あ る. ナ ノ seconds P&P method で は, suction 収 よ り long wavelength side で, light after a relatively long い の destiny を hold つ inflectional rate variations を see out し, GaN の can - inflectional rates, と し て を の possibility in stopping し た. 2. InGaN 単 a multiple quantum well opens: こ れ ら sample に お け る の topic recently は ピ エ unseen fruit と ゾ electric field in the mixed crystal の ポ テ ン シ ャ ル 揺 dynamic に concentrated し て い る. Youdaoplaceholder0 to measure the される electron system, the two <s:1> compete and cooperate で determine the まってお effect, and the individual 々 effect <s:1> separation が is difficult to determine が. This study で は Si を high-concentration に add す る こ と で former の unseen fruit を ほ ぼ ゼ ロ に inhibit し た sample を 2 を つ growth conditions - え て cropping し latter の unseen fruit の presence of を adjustable べ た. The results show that ポテ ポテ シャ シャ シャ シャ が indicates ら に に and する する とを suggest that た た. Youdaoplaceholder6 れが unadded sample にお て て て excitation screwdriver を bureau at させる one site であると test えられる. こ れ ら の sample で の ゲ イ ン ス ペ ク ト ル を o め た results, そ れ は electronics is hole プ ラ ズ マ モ デ ル で illustrate で き で る party, such as be に ポ テ ン シ ャ ル 揺 dynamic を reflect し て い る things be を show the し た. ポ テ ン シ ャ ル 揺 dynamic が weak い sample で ア ッ プ · コ ン バ ー ジ ョ ン method に よ り 蛍 light の made ち が り time を determination し た results, そ れ は below 60 fs で あ る こ と を shows し た. N sample で あ り か つ is hole, LO フ ォ ノ ン scattered が ignore で き る others に し た wound up wavelength で の is under the condition of weak excitation of で の results で あ る こ と か ら, be 験 results は bore is が electronics, are scattered に よ り more than turning エ ネ ル ギ ー を cold た い electronic へ transitional し て speed や か に ease す る こ と を reflect し た も の と exam え て い る. InGaN is engaged in における light-excited initial <s:1> research on the に relationship する, <s:1> れが れが initial めてである とを とを, とを and ておく.

项目成果

出口隆弘・小豆畑敬・宗田孝之・秩父重英・猿倉信彦・大竹秀幸・山中孝弥・中村修二: "Nanosecond pump-probe study of wurtzite GaN" to sppear in Materials Science & Engineering B. (1998)

Takahiro Deguchi、Takashi Azukihata、Takayuki Muneta、Shigehide Chichibu、Nobuhiko Sarukura、Hideyuki Otake、Takaya Yamanaka 和 Shuji Nakamura：“纤锌矿 GaN 的纳秒泵浦探针研究”将发表在材料科学与工程 B. (1998)

出口隆弘・小豆畑敬・宗田孝之・秩父重英・中村修二: "Optical absorption coefficient in wurtzite GaN" Proc.of the 2nd Int.Conf.on Nitride Semiconductors. 300-301 (1997)

Takahiro Deguchi、Takashi Azukihata、Takayuki Muneta、Shigehide Chichibu 和 Shuji Nakamura：“纤锌矿 GaN 中的光学吸收系数”Proc.of the 2nd Int.Conf.on Nitride Semiconductors (1997)。

島田和宏・宗田孝之・鈴木克生: "Constant-pressure first-principles molecular dynamics study on BN, AIN, and GaN" to appear in MRS Symp.Proc.(1998)

Kazuhiro Shimada、Takayuki Muneta 和 Katsuo Suzuki：“BN、AIN 和 GaN 的恒压第一原理分子动力学研究”出现在 MRS Symp.Proc.(1998) 中

出口隆弘・小豆畑敬・宗田孝之・秩父重英・有田正樹・中西久幸・中村修二: "Gain spectroscopy of continuous wave InGaN multi-quantum well laser diodes" Semiconductor Science and Technology. 13(1). 97-101 (1998)

Takahiro Deguchi、Takashi Azukihata、Takayuki Muneta、Shigehide Chichibu、Masaki Arita、Hisayuki Nakanishi 和 Shuji Nakamura：“连续波 InGaN 多量子阱激光二极管的增益光谱” 13(1)。 1998）

島田和宏・宗田孝之・鈴木克生: "Ab initio study on electronic band structures and related properities of III-nitrides" Proc.of the 2nd Int.Conf.on Nitride Semiconductors. 304-305 (1997)

Kazuhiro Shimada、Takayuki Muneta 和 Katsuo Suzuki：“从头开始研究 III 族氮化物的电子能带结构和相关特性”Proc.of the 2nd Int.Conf.on Nitride Semiconductors (1997)。