| Project/Area Number |
23K26518
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| Project/Area Number (Other) |
23H01825 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
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| Research Institution | Hokkai-Gakuen University |
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Principal Investigator |
藤原 英樹 北海学園大学, 工学部, 教授 (10374670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
海住 英生 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70396323)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | ランダムレーザー / 水熱合成 / 電気駆動 |
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| Outline of Research at the Start |
本課題では、ランダムレーザーの実用化に向けた課題の解消を目指し、水熱合成法を利用した電気駆動可能なランダムレーザー光源を簡単かつ確実に作製する方法を確立する。この目的に向け、(a)ZnO 粒子膜の形状・サイズ制御に向けた水熱合成条件の探索、(b)ZnO 粒子膜 / GaN 基板構造のI-V 特性評価、(c)電気駆動による発光・レーザー発振特性の評価、(d)電極材料や取り付け方法の検討、を行う。これらの成果によって、マクロなフィードバック構造の作製・最適化と結晶性や導電性の改善を同時に行い、低しきい値の電気駆動ランダムレーザーを実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、ランダムレーザーの実用化に向けた課題の解消を目指し、水熱合成法を利用した電気駆動可能なランダムレーザー光源を簡単かつ 確実に作製する方法を確立することを目的としている。初年度では、水熱合成法を用い、p型GaN基板上にZnO粒子膜を形成した後、透明電極としてFTO基板に粒子面を貼り合わせただけの簡単な構造の作製を行った。
実験では、前駆体溶液濃度を100mMとし、ヒーター温度、加熱時間を変えながらGaN基板上へのZnO粒子膜の合成を行った。試作した試料を超純水で洗浄・乾燥させた後、ZnO粒子膜に透明電極基板（FTO基板）を圧着し、固定した。その後、光学励起によるZnOの発光測定を行った結果、いずれの条件においても欠陥や不純物に由来した可視域の発光は見られず、380nm付近のバンドギャップに由来した紫外発光を確認し、品質の良いZnO粒子膜を合成できていることを確認した。また、GaNとFTO基板上に電極を取り付け、電流ー電圧測定を行ったところ、簡単な作製方法にも関わらず3.5V付近に立ち上がりを示す非線形な挙動を確認し、また、粒子膜上の幾つかのスポットにおいて青色の発光を確認した。印加電圧に応じて発光強度が変化する様子を確認できたことから、電気駆動発光を観測できる試料の試作に成功した。しかし、発光が微弱であることや粒子膜の導通する局所領域でのみ発光を示すことから、今後、電極基板の取り付け方法や電流値を増加させるような試料の作製方法を探って行く予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的どおり、水熱合成法を用いたシンプルな構造作製方法の検証を行い、そのI-V特性や発光の確認に成功し、得られた成果の学会発表を行った。また、レーザー加熱による電極形成技術の開発を並行して進め、エタノール中のNiFe基板をレーザーで加熱することにより、照射スポットに選択的に高導電性グラファイトを作製することにも成功し、論文掲載を行った。これらの作製手法に関する学会発表（国内5件、国外3件）（うち招待講演4件）、論文1報、総説1報を発表した。研究は順調に推移しており、今後は上記の成果をさらに発展させ、基板全面で満遍なく発光する構造を試作し、最終的には電気駆動によるレーザー発振の確認を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
水熱合成法を用いたZnO/GaN構造の作製方法の研究を継続して行い、高電流が流れ、かつ、高輝度の発光が確認できる作製条件の探索を進める。現在の成果では、電流が流れるものの、最大で6mA@30V程度であり、ZnO/GaN構造を利用したLEDの先行研究では電流値が9mAを超える条件においてZnOからの発光が現れていることから、高電流が流れる再現性のある構造の作製方法を確立することを目指す。特にFTO基板とZnOの接触面が安定せず、流れる電流や発光に偏りが見られることから、基板の圧着の仕方や、隙間に追加の水熱合成を行うなどの方法により、試料に均一に電流が流れるような手法の探索を進める。また、ZnOと金属界面でのショットキー型の発光も報告されていることから、上記のpn接合構造と並行して、ショットキー型LED構造の探索も進める。これらの研究により、まずは高輝度に発光するLED構造の作製方法をきちんと確立し、最終的にレーザー発振が可能となるかどうかを確認する。
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