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ウルツ鉱構造を有するコアシェルナノワイヤ成長技術の確立とその発光デバイス応用

Research Project

Project/Area Number 14J01389
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

石坂 文哉  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsナノワイヤ / 化合物半導体 / 結晶成長 / ウルツ鉱構造 / 発光デバイス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ウルツ鉱構造を有するコアシェルナノワイヤの成長技術を確立し、ナノワイヤ発光デバイスへの応用を目的としている。本研究で用いているGaPおよびAlP系材料は、本来発光効率の低い間接遷移型半導体であるが、結晶構造を安定な閃亜鉛鉱構造から準安定なウルツ鉱構造に相転移させることで、発光効率の高い直接遷移型半導体となることが理論的に示されている。本年度では、赤色・黄色・緑色の波長領域にバンドギャップを持つウルツ鉱構造AlInPを結晶構造転写法により作製し、結晶構造・混晶組成・光学特性の評価を行った。以下に具体的な研究実施状況を示す。

1. MOVPE選択成長法によりInP(111)A基板上にウルツ鉱構造を有するInPナノワイヤを形成し、その側面にシェル層としてAlyIn1-yP/AlxIn1-xP/AlyIn1-yPダブルへテロ構造(y>x)を作製した。ダブルへテロ構造の形成は、透過型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析により確認した。本研究では、発光波長を制御するために、AlxIn1-xP成長時におけるAl原料供給比を変化させ複数のサンプルを作製した。
2. X線回折測定を用いて逆格子マッピングを取得しウルツ鉱構造を示す(10-15)反射点を分析することで、AlxIn1-xPの結晶構造を判別するとともに組成および歪みを調べる手法を確立した。その結果、いずれのサンプルにおいても、ウルツ鉱構造AlxIn1-xPはナノワイヤの長手方向に引張り歪みを受けており、その組成は成長時におけるAl原料供給比とほぼ等しいことが明らかになった。
3. カソードルミネッセンス測定によりウルツ鉱構造AlxIn1-xPの発光特性の評価を行った。ウルツ鉱構造AlxIn1-xPの組成比を変化させることで、発光波長を590~750 nmまで制御することに成功し、黄色および赤色発光を実証した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Growth and characterization of wurtzite InP/AlGaP core-multishell nanowires with AlGaP quantum well structures2017

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, J. Motohisa, and T. Fukui
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Issue: 1 Pages: 010311-010311

    • DOI

      10.7567/jjap.56.010311

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Growth of All-Wurtzite InP/AlInP Core-Multishell Nanowires2017

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, J. Motohisa, and T. Fukui
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 17 Issue: 3 Pages: 1350-1355

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.6b03727

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of InGaAs Nanowires on Ge(111) by Selective-Area Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy2017

    • Author(s)
      A. Yoshida, K. Tomioka, F. Ishizaka, and J. Motohisa
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 464 Pages: 75-79

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.10.083

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective-Area Growth of Vertical InGaAs Nanowires on Ge for Transistor Application2016

    • Author(s)
      A. Yoshida, K. Tomioka, F. Ishizaka, K. Chiba, and J. Motohisa
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume: 75 Issue: 5 Pages: 265-270

    • DOI

      10.1149/07505.0265ecst

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal phase transition to green emission wurtzite AlInP by crystal structure transfer2016

    • Author(s)
      Yoshihiro Hiraya, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka and Takashi Fukui
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 9 Issue: 3 Pages: 035502-035502

    • DOI

      10.7567/apex.9.035502

    • NAID

      210000137834

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective-area growth of InAs nanowires on Ge and vertical transistor application2015

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

      Nano Letters

      Volume: 15 Issue: 11 Pages: 7253-7257

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.5b02165

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of wurtzite GaP in InP/GaP core-shell nanowires by Selective-area MOVPE2015

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 411 Pages: 71-75

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2014.10.024

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Structural and Optical Properties of Wurtzite InP/AlInP Core-Multishell Nanowires2016

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, J. Motohisa, and T. Fukui
    • Organizer
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2016)
    • Place of Presentation
      Tsukuba (Japan)
    • Year and Date
      2016-09-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ウルツ鉱構造InP/AlInPコアマルチシェルナノワイヤの構造及び光学特性評価2016

    • Author(s)
      石坂文哉, 平谷佳大, 冨岡克広, 本久順一, 福井孝志
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth of Wurtzite AlInP in InP/AlInP Core-Shell Nanowires by Crystal Structure Transfer Method2016

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      18th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE18)
    • Place of Presentation
      San Diego (USA)
    • Year and Date
      2016-07-10
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural and optical properties of wurtzite AlInP grown on wurtzite InP nanowires2015

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      2015 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston (USA)
    • Year and Date
      2015-11-30
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth and Characterization of Wurtzite InP/AlInP Core-Shell Nanowires2015

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
    • Place of Presentation
      Sapporo (Japan)
    • Year and Date
      2015-09-29
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ウルツ鉱構造InP/AlInPコアシェルナノワイヤの作製と評価2015

    • Author(s)
      石坂文哉,平谷佳大,冨岡克広,福井孝志
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知・名古屋)
    • Year and Date
      2015-09-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] InP/AlGaPコアシェルナノワイヤの結晶構造評価2015

    • Author(s)
      石坂文哉,平谷佳大,冨岡克広,福井孝志
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川・平塚)
    • Year and Date
      2015-03-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Selective-area Growth of Wurtzite InP/AlGaP Core-shell Nanowires Toward Direct-band-gap Green Emission2015

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      42nd Conference on the Physics and Chemistry of Surfaces and Interfaces (PCSI-42)
    • Place of Presentation
      Salt Lake City (USA)
    • Year and Date
      2015-01-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Selective-area growth of wurtzite InP/AlGaP core-shell nanowires2014

    • Author(s)
      F. Ishizaka, Y. Hiraya, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      17th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (IC-MOVPE17)
    • Place of Presentation
      Lausanne (Switzerland)
    • Year and Date
      2014-07-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Wurtzite InP/AlGaP Core-shell Nanowires toward Direct Band Gap Transition2014

    • Author(s)
      F. Ishizaka, K. Tomioka, and T. Fukui
    • Organizer
      2014 Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco (USA)
    • Year and Date
      2014-04-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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