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有機金属気相選択成長法による異種基板上への半導体ナノワイヤ形成と発光デバイス応用

Research Project

Project/Area Number 12J01477
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

池尻 圭太郎  北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Declined (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsナノワイヤ / MOVPE / 選択成長 / ポリシリコン / 成長機構 / InP / ドーピング / 結晶構造
Research Abstract

本研究では、次世代の安価で高効率な発光デバイス応用に必要な基礎技術確立し、ナノワイヤ発光デバイスの作製を試みる。まず、半導体ナノワイヤのデバイス応用に不可欠な基本技術である不純物制御技術の確立を目指して研究を行った。同時に、ポリシリコン薄膜上の半導体ナノワイヤ形成をより高精度に行うために、ポリシリコン薄膜上の選択成長のメカニズムを克明に調べ、その成長技術を確立した。以下に本年度の具体的な研究実施状況を示す。
(1)本研究では、MOVPE選択成長法によるInPナノワイヤ成長中にDEZnによりZnドーピングを行い、成長構造の外観形状と結晶構造の評価を行い、成長方向が反転する双方向成長特性を発見した。さらに、成長温度や成長原料供給比などの成長パラメータによっても成長方向を同様に制御できる可能性を示し、シリコンのような無極性基板上にIII-V半導体ナノワイヤを成長させる際に、成長条件によって成長方向を制御可能であることを示した。
(2)ポリシリコン薄膜上のナノワイヤ成長を行い、成長過程の分析を行った。ポリシリコン薄膜を堆積させた基板を用いてGaAsのMOVPE選択成長を行い、六角柱構造のGaAsナノワイヤ成長を確認した。開口部には、ナノワイヤ構造の他に、ヒロック状の構造と成長が起きていない開口部があった。これらの成長構造の存在確率を、開口部の直径依存性と成長条件依存性について分析し、開口部とポリシリコン結晶粒のサイズの関係から成長構造の成長モデルに関して考察を行い、成長構造依存性の原理を解明した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究課題は、有機金属気相成長法をベースとした選択成長法により半導体ナノワイヤを作製し、それをLEDなどの光デバイス応用に結びつけることにある。その1年目となる本年度は、当初予定していたポリシリコン上のGaAsナノワイヤ成長とその成長メカニズムの解明は予定通り進捗し、大面積で安価な基板上にナノワイヤLEDを作製する上で基盤となる技術を確立した。この一連の研究成果をまとめた論文をNanotechnology(IF=3.98)に発表した。
さらに、前年度の研究で明らかになっていたナノワイヤの結晶構造遷移現象に対して実験、解析を進めた結果、結晶成長中にドーパントを供給することでナノワイヤ成長の双方向性が発現する条件を見出し、この結果をまとめた論文をNano Letters(IF=13.20)に発表した。この成果は、結晶成長条件によるナノワイヤ成長面の極性制御の可能性を示すものであり、特にシリコンのような無極性の材料を基板とした際のナノワイヤ成長制御にとっても、重要な知見であると言える。以上のことから、本研究は当初の計画以上に進展している。

Strategy for Future Research Activity

1)GaAs/InGaAs、GaAs/AlGaAsヘテロ接合ナノワイヤに対して、発光特性を明らかにする。三次元的な構造に対する電極形成技術を確立し、最終的に、ドーピング制御技術を利用し、半導体ナノワイヤ内に形成したpn接合を利用した、電流注入型発光ダイオードの試作と評価を行い、発光特性を克明に調べる。
2)ポリシリコン薄膜上のナノワイヤデバイス作製技術を確立する。最適化した成長技術およびプロセス技術を利用し、活性層としてナノワイヤ中に円筒状の量子井戸層を設けるコアマルチシェル構造を持つ半導体ナノワイヤレーザを作製・評価する。最終的にはガラス基板上に堆積したポリシリコン薄膜上の電流注入型発光ダイオードナノワイヤアレイおよび半導体ナノワイヤレーザアレイを作製し、その特性の評価を行う。

Report

(1 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Indium-Rich InGaP Nanowires Formed on InP(111)A Substrates by Selective-Area Metal Organic Vapor Phase Epitaxy2013

    • Author(s)
      Fumiya Ishizaka, Keitaro Ikejiri, Katsuhiro Tomioka, and Takashi Fukui
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Issue: 4S Pages: 04CH05-04CH05

    • DOI

      10.7567/jjap.52.04ch05

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bidirectional Growth of Indium Phosphide Nanowires2012

    • Author(s)
      Keitaro Ikejiri, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka, and Takashi Fukui
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 12 Issue: 9 Pages: 4770-4774

    • DOI

      10.1021/nl302202r

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] GaAs nanowire growth on polycrystalline silicon thin films using selective-area MOVPE2012

    • Author(s)
      Keitaro Ikejiri, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka, and Takashi Fukui
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 24 Issue: 11 Pages: 115304-115304

    • DOI

      10.1088/0957-4484/24/11/115304

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Bi-directional growth of InP nanowires by selective-area MOVPE2012

    • Author(s)
      K. Ikejiri, F. Ishizaka, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      the 1st International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)
    • Place of Presentation
      The University of Queensland (Australia)
    • Year and Date
      2012-10-23
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] InPナノワイヤの双方向成長機構2012

    • Author(s)
      池尻圭太郎, 石坂文哉,冨岡克広, 福井孝志
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(松山市)
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] InGaPナノワイヤのMOVPE選択成長と組成評価2012

    • Author(s)
      石坂文哉, 池尻圭太郎, 冨岡克広, 福井孝志
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(松山市)
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] (111)A面上へのSA-MOVPE成長におけるInPナノワイヤの3方向成長モード2012

    • Author(s)
      柳瀬祥吾, 小橋義典, 池尻圭太郎, 原真二郎, 本久順一
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(松山市)
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] MOVPE選択成長法によるシリコン上のGaAs/InGaPコア・マルチシェルナノワイヤ成長2012

    • Author(s)
      冨岡克広, 吉村正利, 中井栄治, 遠藤隆人, 池尻圭太郎, 石坂文哉, 福井孝志
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(松山市)
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi-directional growth of Zn-doped InP nanowires by selective-area MOVPE2012

    • Author(s)
      K. Ikejiri, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      2012 Materials Research Society Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Moscone West, San Francisco (USA)
    • Year and Date
      2012-04-11
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Book] 「ナノワイヤ最新技術の基礎と応用展開」第6章「選択成長法によるIII-V族化合物半導体ナノワイヤ」2013

    • Author(s)
      池尻圭太郎, 福井孝志
    • Total Pages
      18
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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