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2010 Fiscal Year Annual Research Report

極広域分光による窒化物半導体ナノデバイス構造の精密評価

Planned Research

Project AreaOptoelectronics Frontier by Nitride Semiconductor -Ultimate Utilization of Nitride Semiconductor Material Potential-
Project/Area Number 18069002
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

吉川 明彦  千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20016603)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石谷 善博  千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60291481)
Keywords窒化物半導体 / 窒化インジウム / 極広域分光計測 / キャリアダイナミクス / 表面・界面物性 / ナノ構造光デバイス / MBE、エピタキシャル / 短周期超格子 / 擬似混晶
Research Abstract

窒化物半導体は,混晶組成制御により広い範囲で禁制帯幅制御可能な材料であり,波長約0.2μmの紫外から約2μmの赤外までの光デバイスに応用可能である.しかし,実用化は青色を中心とする狭い範囲で先ず実現され,近年ようやく近紫外や緑色領域に達した.我々は,窒化物半導体光デバイスの適用波長域の長波長側への拡大のため,高In組成結晶の非輻射再結合過程の解明,高効率光電変換構造の開拓を目的として研究を展開し,InNにおける低残留電子密度化とそれに伴うp型伝導化を達成した.本年度はp型InNの正孔物性の詳細、非輻射ダイナミクスの解明,および高In組成混晶におけるpn接合特性の飛躍的改善のための新規接合構造形成と太陽電池応用の提案を行った.その結果,下記の成果が得られた.
(1)n型InNに比べてp型結晶でフォトルミネッセンス(PL)が弱いことは,配位座標系における有効な非輻射活性化エネルギーがp型とn型で異なること,p型結晶の輻射寿命時間内の少数キャリア拡散距離がn型の値に比べて3桁大きい(室温)ことに起因することが示された.高移動度特性を持つInNの高効率発光を得るためには,転位低減よりp型n型共通の点欠陥または複合欠陥の低減を提案した.
(2)(InN)_m/(GaN)_n短周期超格子から成る擬似混晶適用による欠陥低減とそれによるpn接合特性改善提案がなされた.この構造は,太陽電池では2-4段のスタック構造において(m,n)を簡単な整数比として構成でき,かつInNの成長温度に対して高くできるマジック超構造擬似混晶であることからSMARTと名付けた.SMART(InN)_1/(GaN)_n(n=20~1 ML)では,n>7MLでは容易にコヒーレント成長することが確認され,本短周期超格子系の実現性・可能性が確認された.

  • Research Products

    (42 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (29 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (6 results) (of which Overseas: 3 results)

  • [Journal Article] Carrier recombination processes in Mg-doped N-polar InN films2011

    • Author(s)
      D.Imai
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: (In press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large magnetoresistance effect in InN epilayers2010

    • Author(s)
      T.A.Komissarova
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 82 Pages: 245204-1-245204-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anomalous Hall mobility kink observed in Mg-doped InN : Demonstration of p-type conduction2010

    • Author(s)
      N.Ma
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 97 Pages: 222114-1-222114-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strong circular photogalvanic effect in ZnO epitaxial films2010

    • Author(s)
      Q.Zhang
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 97 Pages: 041907-1-041907-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terahertz electroluminescence of surface plasmons from nanostructured InN layers2010

    • Author(s)
      T.V.Shubina
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 96 Pages: 183106-1-183106-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural differences in Mg-doped InN-indication of polytypism2010

    • Author(s)
      Z.Liliental-Weber
    • Journal Title

      physica status solidi (c)

      Volume: 7 Pages: 2025-2028

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Proposal of "SMART" III-Nitride 4-Tandem Solar Cells with Magic Number Digital Alloys of (InN)n/(GaN)m Short-Period Superlattice2011

    • Author(s)
      Akihiko Yoshikawa
    • Organizer
      Workshop on Frontier Photonic and Electronic Materials and Devices
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      20110316-20110318
  • [Presentation] Characterization of Mg-doped InN by infrared spectroscopy2011

    • Author(s)
      Yoshihiro Ishitani
    • Organizer
      Workshop on Frontier Photonic and Electronic Materials and Devices
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      20110316-20110318
  • [Presentation] SMART窒化物半導体タンデム太陽電池(1)-短周期超格子/超構造マジック疑似混晶によるアプローチ2011

    • Author(s)
      草部一秀
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-26
  • [Presentation] SMART窒化物半導体タンデム太陽電池(2)-SMART接合GaNダイオードの検討2011

    • Author(s)
      長縄健吾
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-26
  • [Presentation] SMART窒化物半導体タンデム太陽電池(3)-1ML-InN/InGaN/GaN構造による変換波長域拡大の検討2011

    • Author(s)
      高橋洋平
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-26
  • [Presentation] SMART窒化物半導体タンデム太陽電池(4)-(InN)1/(GaN)n短周期超格子の成長・組成制御2011

    • Author(s)
      名倉晶則
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-26
  • [Presentation] SMART窒化物半導体タンデム太陽電池(5)-成長温度が(InN)1/(GaN)4短周期超格子構造に与える影響2011

    • Author(s)
      橋本直樹
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-26
  • [Presentation] p型InNにおけるMgアクセプタの活性化エネルギー2011

    • Author(s)
      石谷善博
    • Organizer
      第4回窒化物半導体の高品質結晶成長とその素子応用
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所
    • Year and Date
      2011-01-18
  • [Presentation] 超構造マジック擬似混晶化による窒化物半導体タンデム太陽電池の新展開2010

    • Author(s)
      草部一秀
    • Organizer
      日本学術振興会162委員会研究会「太陽電池の最前線」
    • Place of Presentation
      熱海
    • Year and Date
      20101210-20101211
  • [Presentation] Proposal of novel asymmetric structure GaN/1ML-InN/InGaN/GaN QWs for III-N based next generation high efficiency solar cells2010

    • Author(s)
      A.Yoshikawa
    • Organizer
      19th European Workshop on Heterostructure Technology
    • Place of Presentation
      Fodele, Crete, Greece
    • Year and Date
      20101018-20101020
  • [Presentation] Proposal of high efficiency III-nitride solar cell on the basis of superstructure magic alloys fabricated at high temperature (SMAHT)2010

    • Author(s)
      A.Yoshikawa
    • Organizer
      Korea-Japan Workshop on Semiconductors for Energy Saving and Harvesting
    • Place of Presentation
      Seoul National University, Seoul, Korea
    • Year and Date
      20101009-20101010
  • [Presentation] (InN)n/(GaN))m Quasi-ternary Multi-junction Solar Cells with Magic Numbers (n,m)2010

    • Author(s)
      K.Kusakabe
    • Organizer
      The International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • Place of Presentation
      Tampa, Florida, USA
    • Year and Date
      20100919-20100924
  • [Presentation] Mg Impurity Level in Highly Doped p-type InN Studied by Temperature Dependence of Infrared Spectra2010

    • Author(s)
      M.Fujiwara
    • Organizer
      The International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • Place of Presentation
      Tampa, Florida, USA
    • Year and Date
      20100919-20100924
  • [Presentation] Demonstration of p-type InN by Temperature-dependent Hall-effect Measurements2010

    • Author(s)
      X.Q.Wang
    • Organizer
      The International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • Place of Presentation
      Tampa, Florida, USA
    • Year and Date
      20100919-20100924
  • [Presentation] Carrier Scattering and Nonradiative Recombination Properties of n-type and p-type InN Films2010

    • Author(s)
      Y.Ishitani
    • Organizer
      The International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • Place of Presentation
      Tampa, Florida, USA
    • Year and Date
      20100919-20100924
  • [Presentation] Dielectric Functions and Emission Properties of InN/In0.73Ga0.27N Multiple Quantum Well Structures for Near-infrared Optical Communication Devices2010

    • Author(s)
      N.Ben Sedrine
    • Organizer
      The International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2010)
    • Place of Presentation
      Tampa, Florida, USA
    • Year and Date
      20100919-20100924
  • [Presentation] Novel one monolayer-InN/InGaN/GaN asymmetric structure QWs for next generation high efficiency solar cells2010

    • Author(s)
      A.Yoshikawa
    • Organizer
      16th International Conference on Crystal Growth (ICCG-16)
    • Place of Presentation
      Beijing International Convention Center, Beijing, China
    • Year and Date
      20100808-20100813
  • [Presentation] Growth of Asymmetric Structure GaN/InN/InGaN/GaN QWs for Next Generation Solar Cells and Novel Light Emitters2010

    • Author(s)
      A.Yoshikawa
    • Organizer
      3rd International Symposium on Growth of Nitrides (ISGN3)
    • Place of Presentation
      Le Corum, Montpellier, France
    • Year and Date
      20100704-20100707
  • [Presentation] Asymmetric structure GaN/1ML-InN/InGaN/GaN QWs and its application for next generation high efficiency solar cells2010

    • Author(s)
      A.Yoshikawa
    • Organizer
      18th International Symposium on Nanostructures : Physics and Technology
    • Place of Presentation
      St.Petersburg Academic University, St.Petersburg, Russia
    • Year and Date
      20100621-20100626
  • [Presentation] Optical properties of InN/In0.73Ga0.27N multiple quantum wells studied by spectroscopic ellipsometry2010

    • Author(s)
      N.Ben Sedrine
    • Organizer
      E-MRS 2010 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Strasbourg, France
    • Year and Date
      20100607-20100611
  • [Presentation] Spectroscopic ellipsometry study for achieving superfine-structure one monolayer-thick InN/GaN-matrix QWs by MBE2010

    • Author(s)
      A.Yoshikawa
    • Organizer
      5th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry (ICSE-V)
    • Place of Presentation
      State University of New York, Albany, NY USA
    • Year and Date
      20100523-20100528
  • [Presentation] フォトルミネッセンス法によるN極性MgドープInNのキャリア再結合過程評価2010

    • Author(s)
      今井大地
    • Organizer
      応用物理学会結晶工学分科会主催2010年・年末講演会
    • Place of Presentation
      学習院創立百周年記念会館、東京
    • Year and Date
      2010-12-17
  • [Presentation] Mgドープp型InNの極低温におけるアクセプタ活性化エネルギー評価2010

    • Author(s)
      藤原昌幸
    • Organizer
      応用物理学会結晶工学分科会主催2010年・年末講演会
    • Place of Presentation
      学習院創立百周年記念会館、東京
    • Year and Date
      2010-12-17
  • [Presentation] p型n型InNの非輻射電子・正孔再結合過程2010

    • Author(s)
      石谷善博
    • Organizer
      第3回窒化物半導体の高品質結晶成長とその素子応用
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所
    • Year and Date
      2010-10-25
  • [Presentation] 1ML-InN/GaN量子ナノ構造におけるMOVPE成長モードと光学特性の相関2010

    • Author(s)
      山本弥史
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] N極性MgドープInNにおけるフォトルミネッセンス温度依存特性解析2010

    • Author(s)
      今井大地
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] 新規酸窒化物InGaON系半導体のRF-MBE成長(1)-3元InON混晶のO/N組成比制御-2010

    • Author(s)
      高橋洋平
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] 新規酸窒化物InGaON系半導体のRF-MBE成長(2)-InN/InONヘテロ構造の作製-2010

    • Author(s)
      本間達矢
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] N極性1分子層InN/GaNナノ構造のMOVPE成長2010

    • Author(s)
      上田篤
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.semi.te.chiba-u.jp

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換装置2011

    • Inventor(s)
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Rights Holder
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2011/055882
    • Filing Date
      2011-03-14
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換装置2011

    • Inventor(s)
      吉川明彦、草部一秀、石谷善博
    • Industrial Property Rights Holder
      吉川明彦、草部一秀、石谷善博
    • Industrial Property Number
      2011-043379
    • Filing Date
      2011-02-28
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換装置2010

    • Inventor(s)
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Rights Holder
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2010/63336
    • Filing Date
      2010-08-05
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換装置2010

    • Inventor(s)
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Rights Holder
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2010/63335
    • Filing Date
      2010-08-05
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 量子構造の評価方法、量子構造の製造方法、及び量子構造2010

    • Inventor(s)
      吉川明彦、崔成伯、橋本直樹、深田善樹
    • Industrial Property Rights Holder
      吉川明彦、崔成伯、橋本直樹、深田善樹
    • Patent Publication Number
      特開2010-085330
    • Filing Date
      2010-04-15
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換装置2010

    • Inventor(s)
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Rights Holder
      吉川明彦、石谷善博、草部一秀
    • Industrial Property Number
      2010-139801
    • Filing Date
      2010-06-18

URL: 

Published: 2012-07-19  

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