窒化物半導体ナノ構造のキャリアダイナミクスと集団配列効果

• Project Area: Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
• Project/Area Number: 23104725
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 江馬 一弘 上智大学, 理工学部, 教授 (40194021)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2012: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 光物性 / ナノ材料 / 窒化物半導体 / 光局在 / 光キャリアダイナミクス / 光のアンダーソン局在 / ランダムレージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、窒化物半導体GaN、InN、InGaNのナノコラム構造での、(A)動的電子相関効果とダイナミクス、および、(B)ナノコラムが多数配列したときのマクロな光学応答、の2点に着目した。
ナノコラムとは、直径100 nm程度、高さ1um程度の柱状結晶である。このような中間的サイズ、および、特徴的な形状に起因する動的電子相関効果を明らかし、それがもたらす特異な光現象・光機能を引き出すこと，および，ナノコラムが多数配列したときの集団効果としての光学応答を解明することを目的とした。特に、規則配列からずれたランダム性に関する研究に重点を置いた。
今年度は特に研究項目(B)に関して、大きな進展があった．配列制御した試料を用いて、パラメータ（充填率、コラム半径、領域サイズ、ランダムの程度）を系統的に変えた測定を行いランダムレーザーの特性を解明し，並行して光局在の理論計算も行い、光のアンダーソン局在の観点に立って、理論計算と実験の両面から詳細に調べた。
さらに、規則配列したものにランダム性を少しずつ導入した系を作成し、フォトニックレーザーとランダムレーザーのクロスオーバーを調べた．レーザー発振を起こすときのダイナミクスを時間分解測定により、詳細に調べた．その解析は現在進行中であるが，この成果により，最も効率の良いレーザー発振の配置とそのメカニズムを解明することができると信じている。
今後は、フォトニックレーザーとランダムレーザーのクロスオーバーに関して，より深い研究につなげていく予定である．

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Influence of the image charge effect on excitonic energy structure in organic-inorganic multiple quantum well crystals (2013)
  • Author(s): Hidetsugu Takagi
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 87 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.125421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical Properties of InGaN/GaN Nanocolumns in Yellow-to-Red region (2012)
  • Author(s): J. Naka
  • Journal Title: Phys. Stat. Soli. (c) Volume: 9 Issue: 12 Pages: 2477-2480
  • DOI: 10.1002/pssc.201200317
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anderson localization of light in a random configuration of semiconductor nanocolumns (2011)
  • Author(s): Y.Inose, 他5名
  • Journal Title: Proc.SPIE Volume: 7946 Pages: 794629-794629
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoexcited carrier relaxation dynamics of InN films and nanocolumns (2011)
  • Author(s): M.Hashimoto
  • Journal Title: Proc.SPIE Volume: 7937 Pages: 793712-793712
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Anderson Localization of Light in Two-dimensional Random Arrays of Semiconductor Nanocolumns (2012)
  • Author(s): Y. Inose
  • Organizer: The 31st International Conference on the Physics of Semiconductors
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2012-07-30
• [Presentation] Fundamental optical properties of InN grown by epitaxial lateral overgrowth method (2012)
  • Author(s): T. Kametani
  • Organizer: The 31st International Conference on the Physics of Semiconductors
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2012-07-30
• [Presentation] Influence of image charge effect on exciton fine structure in an organic-inorganic quantum well material (2012)
  • Author(s): H. Takagi
  • Organizer: The 31st International Conference on the Physics of Semiconductors
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2012-07-30
• [Presentation] Image charge effect in organic-inorganic multiple-quantum-well crystals (2012)
  • Author(s): H. Takagi
  • Organizer: The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials
  • Place of Presentation: Groningen, Netherlands
  • Year and Date: 2012-07-02
• [Presentation] Optical Properties of InGaN/GaN Nanocolumns in Yellow-to-Red Region (2012)
  • Author(s): J. Naka
  • Organizer: The 5th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications
  • Place of Presentation: Nara, Japan
  • Year and Date: 2012-06-03
• [Presentation] ELO成長法におけるInNの光学特性 (2012)
  • Author(s): 亀谷龍馬
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
• [Presentation] TiO_2おける電子格子相互作用によるキャリアの局在 (2012)
  • Author(s): 土田翔大
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
• [Presentation] 無機有機複合型量子井戸物質における閉じ込め次元性 (2012)
  • Author(s): 高木英嗣
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
• [Presentation] Analysis of Anderson Localization of Light in GaN Nanocolumns (2011)
  • Author(s): M.Sakai
  • Organizer: CLEO/Europe-EQEC 2011
  • Place of Presentation: Munich, Germany
• [Presentation] Anderson Localization of Light in Two-dimensional Random Media (2011)
  • Author(s): Y.Inose
  • Organizer: CLEO/Europe-EQEC 2011
  • Place of Presentation: Munich, Germany
• [Presentation] Trapping Dynamics of electron in TiO_2 investigated by femtosecond transient absorption spectroscopy (2011)
  • Author(s): S.Tsuchida
  • Organizer: CLEO/Europe-EQEC 2011
  • Place of Presentation: Munich, Germany
• [Presentation] Multi-pulse Excitation of Coherent Phonon in ZnO (2011)
  • Author(s): K.Hashimoto
  • Organizer: The Ultrafast Chemical Physics 2011
  • Place of Presentation: Glasgow, Scotland
• [Presentation] 半導体円柱集団における光のアンダーソン局在 (2011)
  • Author(s): 猪瀬裕太
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Remarks] 江馬研ホームページ
  • URL: http://soliton.ph.sophia.ac.jp/EmaLabWeb/top.html
• [Remarks]
  • URL: http://soliton.ph.sophia.ac.jp/