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Identification of Surface Carrier Recombination Rate in Wide-bandgap Semiconductors using Time-resolved Photoelectron Spectroscopy with Ultrafast Pulsed Laser

Research Project

Project/Area Number 18K13791
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Shuhei Ichikawa  大阪大学, 工学研究科, 助教 (50803673)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywords表面再結合 / 二光子光電子分光 / キャリア寿命 / 光電子分光 / 時間分解 / 角度分解 / 砒化ガリウム / ワイドギャップ半導体 / 時間分解光電子分光 / 表面再結合速度 / 超短パルスレーザー
Outline of Final Research Achievements

Research on carrier dynamics of widegap semiconductor surfaces has been actively conducted in recent years to realize next-generation ultrasmall-sized optical/electronic devices. Although time-resolved photoluminescence and microwave photoconductive decay are typically used as characterization methods for carrier recombination lifetime in semiconductors, the detected signals are strongly affected by bulk properties. Therefore, it is not easy to directly evaluate the surface recombination lifetime. In this contribution, we constructed a time-resolved two-photon photoelectron spectroscopy (tr-2PPE) system, which is quite sensitive for surface conditions, using a femtosecond pulse laser for pump and probe light and directly evaluated surface recombination lifetime in semiconductors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

窒化ガリウム系半導体をはじめとするワイドギャップ半導体は、光・電子デバイス応用に向けて近年大きな注目を集めており研究が盛んに行われている。例えば近年では、次世代の超高精細ディスプレイとして実現が期待されている「マイクロLEDディスプレイ」など、微細な半導体素子を用いた新たなデバイスが数多く提案されている。一方で、これら微細な素子は、表面の露出面積が大きいため、半導体表面に形成される欠陥の影響を強く受けることが課題となっている。本研究では、半導体表面の欠陥がデバイスに与える影響を定量的に評価する手法として二光子光電子分光法という手法を提案し、次世代デバイスの設計指針を与える重要な成果を得た。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2021 2020 2019

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

  • [Journal Article] Enhanced Red Emission of Eu,O-Codoped GaN Embedded in a Photonic Crystal Nanocavity with Hexagonal Air Holes2021

    • Author(s)
      Shuhei Ichikawa, Yutaka Sasaki, Takenori Iwaya, Masato Murakami, Masaaki Ashida, Dolf Timmerman, Jun Tatebayashi, Yasufumi Fujiwara
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 15 Issue: 3 Pages: 034086-034086

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.15.034086

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 時間分解二光子光電子分光法を用いたGaAs(110)における表面再結合寿命の大気暴露時間依存性の評価2022

    • Author(s)
      市川修平、小島一信
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会、26p-E104-3、青山学院大学+オンライン、3月22-26日 (2022).
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解二光子光電子分光法を利用したGaAs(110)における表面再結合に伴う非輻射再結合寿命の評価2021

    • Author(s)
      市川修平、保田英洋
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会、10a-N203-10、オンライン開催、9月10-13日 (2021).
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間分解二光子光電子分光法によるInGaN/GaN量子井戸のキャリア寿命評価2020

    • Author(s)
      市川 修平、藤原 康文、保田 英洋
    • Organizer
      日本材料学会令和元年度第4回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回講演会・見学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 時間分解二光子光電子分光法を利用したInGaN/GaN量子井戸の励起電子緩和寿命の評価2020

    • Author(s)
      市川 修平、藤原 康文、保田 英洋
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 時間分解二光子光電子分光による InGaN/GaN量子井戸構造の非輻射再結合レートの評価2020

    • Author(s)
      市川 修平、藤原 康文、保田 英洋
    • Organizer
      超顕微科学研究拠点事業 2019年度研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 二光子光電子分光法を利用したGaAs中の励起電子緩和過程の評価2019

    • Author(s)
      市川 修平、永野 司、保田 英洋
    • Organizer
      日本材料学会 半導体エレクトロニクス部門 平成30年度第1回講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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