2014 Fiscal Year Annual Research Report
バイオテンプレート極限加工による３次元量子ナノ構造の作製と光学デバイスへの応用
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13J08639
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田村 洋典 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 量子ドット / レーザ / バイオテンプレート技術 / 中性粒子ビーム技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は高効率量子ドットレーザの開発を目的に化合物半導体の量子ナノディスク構造作製プロセスの最適化及びデバイスの試作を行った。
①3次元GaAs量子ナノディスク構造を用いた量子ドットレーザの試作：これまでの研究において、高密度3次元量子ナノディスク構造の作製および有機金属気相成長法による埋め込み再成長、電極形成後、低温において電流注入による発光の測定を観測することに成功している。昨年度は室温での動作および電流注入によるレーザ特性を得ることを目標にレーザ構造の設計および作製プロセスの最適化を行った。その結果、室温においても電流注入による発光を観測することができ、3次元GaAs量子ナノディスク構造LEDの作製に成功した。
②3次元InGaAs量子ナノディスク構造の作製プロセスの最適化：高密度3次元InGaAs量子ナノディスク構造の作製を目指し、これまでの3次元GaAs量子ナノディスク構造の作製プロセス最適化の知見をもとにキャップ層の検討およびエッチングのパラメータの最適化を行った。不安定なInGaAsの表面を原子層堆積法により堆積したSiO2でキャップすることにより安定した高密度3次元InGaAs量子ナノディスク構造の作製に成功した。
③3次元InGaAs量子ナノディスク構造を用いた量子ドットレーザの試作：3次元InGaAs量子ナノディスク構造レーザの試作を目指し、作製した3次元InGaAs量子ナノディスク構造へキャップ層の成長および電極形成を行い、3次元InGaAs量子ナノディスク構造レーザの試作も行った。その結果、低温において注入電流量に対し発光強度が線形的に増加するという発光ダイオード特性を得ることができた。この結果から、作製した3次元InGaAs量子ナノディスク構造にキャリアが注入されており、量子ナノ構造内においてキャリアによる発光再結合が起こっているということが確認できた。
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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
2年目においては1年目の結果をもとにしたGaAs量子ナノディスク構造の作製最適化および他材料への展開を計画しており、計画通りにGaAs量子ナノディスク構造の最適化およびInGaAsへの展開が行われている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、GaAs量子ナノディスク構造においては室温でのLED特性が、InGaAs量子ナノディスク構造においては低温でのLED特性が得られている。レーザ発振まで至らない原因としては、量子ナノディスク構造の密度が小さいこと、注入電流量が小さいこと、量子ナノディスク構造までキャリアが注入されていないことなどが考えられる。そのため、
・3次元GaAsおよびInGaAs量子ナノディスク構造の高密度化による発光強度の増加を目指し、エッチング前の基板構造（バリア層及び量子井戸層の組成比・厚さ・層数等）の最適化
・量子ナノ構造と再成長界面の不純物準位における電子とホールの再結合の抑制を目指し、中性粒子ビームエッチングによる3次元量子ナノディスク構造の作製から有機金属気相成長法によるキャップ層の再成長におけるプロセスの最適化。
・注入電流量の増加による発光強度の増加を目指し、電極構造（サイズ等）や材料の最適化
などの検討を行う。
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[Journal Article] Light-Emitting Devices Based on Top-down Fabrication GaAs Quantum Nanodisks2015
Author(s)
A. Higo, T. Kiba, Y. Tamura, C. Thomas, J. Takayama, Y. Wang, H. Sodabanlu, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Pages: 9371
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Quantum GaAs Nanodisk Light Emitting Diode Fabricated by Ultimate Top-down Neutral Beam Etching2014
Author(s)
A. Higo, Y. Tamura, C. Thomas, T. Kiba, Y. wang, H. Sodabanlu, J. Takayama, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
Organizer
24th International Semiconductor Laser Conference
Place of Presentation
パルマ（スペイン）
Year and Date
2014-09-09
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[Presentation] Fabrication of InGaAs Quantum Nanodisk Array by using Bio-Template and Top-Down Etching process2014
Author(s)
K. Yoshikawa, A. Higo, C. Y. Lee, Y. Tamura, C. Thomas, T. Kiba, S. Ishii, H. Sodabanlu, Y. Wang, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
Organizer
14th IEEE International Conference on Nanotechnology
Place of Presentation
トロント（カナダ）
Year and Date
2014-08-19
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[Presentation] Fabrication of InGaAs quantum nanodisk by using Bio-template and neutral beam etching process2014
Author(s)
K. Yoshikawa, A. Higo, C. Y. Lee, Y. Tamura, C. Thomas, T. Kiba, S. Ishii, H. Sodabanlu, Y. Wang, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
Organizer
The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference 2014
Place of Presentation
北海道大学（北海道）
Year and Date
2014-07-30
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