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Nonlinear Optical Device Application of Polarity-Controlled Nitride Semiconductor Singular Structure

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 17H05335
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

片山 竜二  大阪大学, 工学研究科, 教授 (40343115)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywords窒化物半導体 / 表面活性化ウエハ接合 / 非線形光学 / 波長変換素子 / 第二高調波発生 / 光パラメトリック下方変換 / 極性反転構造 / エピタキシャル成長 / ウエハ接合
Outline of Annual Research Achievements

本研究では窒化物半導体の「極性反転」という特異構造の形成機構解明と形成技術確立ならびにこれを利用した波長変換型新規光源の開発を目的とした。深紫外帯域で発光するAlGaNは導電性制御が本質的に困難であり、レーザ実現には単なる電流注入とは原理の異なる深紫外光の発生方法の開発が急務である。かたや情報分野においては、光を用いた量子計算機が提案されるが、依然として系が巨大で調整が困難なうえ安定性が乏しく、量子光源の小型化が求められる。上記背景を踏まえ本研究ではこの特異構造を理解しその制御技術を確立し、青色レーザ励起による深紫外第二高調波発生と量子もつれ光子対発生に向けた波長変換の原理実証を行うことで、結晶工学的な学術的知見の掘り下げや新規素子提案に加え、半導体微細加工・医療分野への応用や室温動作・高安定な光導波路型量子計算機の実用化などの各分野への貢献を目指した。
実績として、(i)表面活性化ウエハ接合による(Ga,Al)N極性反転構造の作製と基板剥離による同構造の転写に成功し、接合可否に影響する表面平坦性とウエハ湾曲の諸条件について系統的な知見が得られた。(ii)またその接合界面を透過型電子顕微鏡、エネルギ分散型X線分光により評価し、積層の乱れた中間層形成や不純物偏析が認められないことを確認した。(iii)加えて本研究では、基本波基底モードと高調波高次モード間で速度整合し、後者の節にあたる層厚で極性反転し電磁界の重なりを最大化させる、新規な疑似位相整合構造を提案し、実際にチャネル導波路型デバイス構造の作製と第二高調波発生に世界で初めて成功した。これらは本研究の目的である波長変換素子のみならず、これまでエピタキシャル成長では実現し得なかった、結晶方位や格子定数が大きく異なる層からなる新奇ヘテロ構造デバイスの開発に適用可能な技術であり、当初計画以上の成果が得られたと言える。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (55 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (50 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 8 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Polarity inversion of aluminum nitride by direct wafer bonding2018

    • Author(s)
      Hayashi, Y; Katayama, R; Akiyama, T; Ito, T; Miyake, H
    • Journal Title

      APPLIED PHYSICS EXPRESS

      Volume: 11 Issue: 3 Pages: 31003-31003

    • DOI

      10.7567/apex.11.031003

    • NAID

      210000136117

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  • [Journal Article] Biexciton Emission From Single Quantum-Confined Structures in N-Polar (000-1) InGaN/GaN Multiple Quantum Wells2017

    • Author(s)
      Takamiya Kengo、Yagi Shuhei、Yaguchi Hiroyuki、Akiyama Hidefumi、Shojiki Kanako、Tanikawa Tomoyuki、Katayama Ryuji
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 255 Issue: 5 Pages: 1700454-1700454

    • DOI

      10.1002/pssb.201700454

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  • [Journal Article] Absolute technique for measuring internal electric fields in InGaN/GaN light-emitting diodes by electroreflectance applicable to all crystal orientations2017

    • Author(s)
      Tomoyuki Tanikawa, Kanako Shojiki, Ryuji Katayama, Shigeyuki Kuboya, Takashi Matsuoka, Yoshio Honda, Hiroshi Amano
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Issue: 8 Pages: 082101-082101

    • DOI

      10.7567/apex.10.082101

    • NAID

      210000135940

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      T. Nambu, T. Komatsu, M. Uemukai, K. Shiomi, Y. Fujiwara, J. Tajima, T. Hikosaka, S. Nunoue and R. Katayama
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  • [Presentation] Design of Transverse Quasi-Phase-Matched AlN Tapered Waveguide SHG Device for Broadening Wavelength Acceptance Bandwidth2018

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      A. Yamauchi, S. Yamaguchi, Y. Hayashi, H. Miyake,K. Shiomi, Y. Fujiwara, M. Uemukai and R. Katayama
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      Y. Morioka, S. Yamaguchi, Y. Hayashi, H. Miyake,K. Shiomi, Y. Fujiwara, M. Uemukai and R. Katayama
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  • [Presentation] Fabrication of GaN Monolithic Doubly-Resonant Microcavity SHG Device2018

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      T. Nambu, T. Komatsu, K. Shiomi, Y. Fujiwara, M. Uemukai and R. Katayama
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  • [Presentation] Fabrication of Transverse Quasi-Phase-Matched Polarity-Inverted Stacked AlN Waveguide by Surface-Activated Bonding and Silicon Removal2018

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      S. Yamaguchi, T. Onodera, Y. Hayashi, H. Miyake, K. Shiomi, Y. Fujiwara, T. Hikosaka, S. Nunoue, M. Uemukai and R. Katayama
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      T. Onodera, R. Tanabe, T. Hikosaka, S. Nunoue, M. Kushimoto, H.J. Cheong, Y. Honda, H. Amano, M. Uemukai and R. Katayama
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      A. Yamauchi, S. Yamaguchi, Y. Hayashi, H. Miyake, K. Shiomi, Y. Fujiwara, M. Uemukai and R. Katayama
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      山口 修平,山内 あさひ,上向井 正裕,林 侑介,三宅 秀人,塩見 圭史,藤原 康文,片山 竜二
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      小野寺 卓也,上向井 正裕,髙橋 一矢 ,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介, 三宅 秀人,久志本 真希,鄭 惠貞,本田 善央,天野 浩,片山 竜二
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      片山 竜二,山口 修平,小野寺 卓也,山内 あさひ,上向井 正裕,林 侑介,三宅 秀人
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      小野寺 卓也,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,久志本 真希,鄭 惠貞,本田 善央,天野 浩,片山 竜二
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  • [Presentation] Design of Transverse Quasi-Phase-Matched AlN Waveguide for Deep UV Second Harmonic Generation2018

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      S. Yamaguchi, M. Uemukai, K. Takahashi, M. Iwaya, I. Akasaki, Y. Hayashi, H. Miyake, T. Yamada, Y. Fujiwara and R. Katayama
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  • [Presentation] Fabrication of Polarity-Inverted GaN Heterostructure by Surface-Activated Wafer Bonding and Silicon Removal2018

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      T. Onodera, M. Uemukai, K. Takahashi, M. Iwaya, I. Akasaki, Y. Hayashi, H. Miyake, M. Kushimoto, H. Cheong, Y. Honda, H. Amano and R. Katayama
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    • Author(s)
      R. Katayama
    • Organizer
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ZrO2 /AlN積層導波路を用いた深紫外第二高調波発生デバイスの設計2018

    • Author(s)
      山口 修平,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
    • Organizer
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  • [Presentation] 表面活性化接合とSi基板剥離によるGaN極性反転構造の作製2018

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      小野寺 卓也,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,久志本 真希,鄭 惠貞,本田 善央,天野 浩,片山 竜二
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    • Author(s)
      三輪 純也,紀平 将史,上向井 正裕,藤 諒健,藤原 康文,片山 竜二
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    • Author(s)
      紀平 将史,三輪 純也,上向井 正裕,藤 諒健,藤原 康文,片山 竜二
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      南部 誠明,上向井 正裕,藤 諒健,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
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  • [Presentation] 窒化物半導体極性制御特異構造の非線形光学素子応用2017

    • Author(s)
      片山 竜二
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      三輪 純也,上向井 正裕,藤 諒健,藤原 康文,片山 竜二
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      南部 誠明,上向井 正裕,藤 諒健,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
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      小野寺 卓也,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,片山 竜二
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      山口 修平,上向井 正裕,髙橋 一矢,岩谷 素顕,赤﨑 勇,林 侑介,三宅 秀人,山田 智也,藤原 康文,片山 竜二
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      片山竜二
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    • URL

      http://www.qoe.eei.eng.osaka-u.ac.jp/research.html

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    • Inventor(s)
      林 侑介、三宅 秀人、片山 竜二
    • Industrial Property Rights Holder
      林 侑介、三宅 秀人、片山 竜二
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2017
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URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2024-12-25  

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