Nonlinear Optical Device Application of Polarity-Controlled Nitride Semiconductor Singular Structure
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
17H05335
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
片山 竜二 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40343115)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2018)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(55 results)
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[Presentation] Fabrication of Polarity-Inverted GaN Heterostructure by Surface-Activated Wafer Bonding and Silicon Removal2018
Author(s)
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
Organizer
第6回 発光素子とその産業応用に関する国際学会 LEDIA'18
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