2018 Fiscal Year Annual Research Report
Developement and application of spatio-time-resolved cathodoluminescence for wide bandgap nanostructures
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17H02907
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 時間空間同時分解分光 / フェムト秒電子線 / カソードルミネッセンス / 電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体量子構造や蛍光体においてナノメートル領域で起こる発光の動的観測を実現するには、空間分解能と時間分解能を併せ持つ分光計測系が必要である。我々は、禁制帯幅が広い物質にも電子-正孔対励起が可能な、フェムト秒パルスレーザ励起光電子銃(ＰＥ－ｇｕｎ)を走査型電子顕微鏡に組み込みそれをナノメートル台の微小領域に集束する、日本に唯一の、時間・空間同時分解カソードルミネッセンス(ＳＴＲＣＬ)測定系の高空間分解能化と高感度化を行っている。本装置を用い、ボイド等の構造欠陥や積層欠陥（面欠陥）、転位等の線欠陥、点欠陥が非輻射再結合寿命に与える影響と、ナノ構造サイズが輻射再結合寿命に与える影響を明らかにする。
Ｈ３０年度には、(1)励起用フェムト秒パルスレーザ本体の安定化と、除振台の超微小振動によるレーザ光路のズレを防いでＰＥ－ｇｕｎ全体の時間的、空間的安定性を高め、高輝度パルス電子発生が可能となった。また(2)リターディング機構導入により試料直上でPEに急制動をかけられるようになった。これらの結果、表面近傍の解像度向上と空間分解能の向上がなされた。(3)時間分解能を約一桁向上させ、1ps程度の発光計測を可能とした。(4)高AlNモル分率AlGaNやZnOの発光ダイナミクス計測を行った。(5)マテリアル創成の一環として、ヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシーによるZnO薄膜成長とNiO薄膜の堆積、誘電体分布ブラッグ反射鏡の堆積を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要欄に記したように、STRCL装置の改良計画（立案と設計）は予定通り進んだ。一方で、当初計画をしていなかった時間分解能の向上(約10ps程度であったものが1ps以下まで向上した)がなされ、同時に検出感度も約１桁向上した。半導体評価研究成果としては、m面AlInNナノ構造体やAlGaN量子井戸、2次元層状h-BNの評価を行いつつZnO系材料の成長準備も滞りない。また、論文・発表ともに発信している。
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| Strategy for Future Research Activity |
R1年度は、当初の予定どおりSTRCL装置の空間分解能向上を継続する一方、①フェムト秒パルスレーザ励起光電子銃の高輝度化を更に進めるため、金電極の冷却機構を検討する。②リターディング機構の安定化を行う。③ZnO/MgZnO構造を作製してSTRCL評価を行う。また、AlN、AlGaN、六方晶BNの評価を平行して行う。代表者は試料準備と測定、考察にあたり、分担者は光電子銃の高性能化と測定にあたる。最後に、全期間を通じて得られた成果の発信を行う。研究を阻害する課題は特にない。
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| Remarks |
プレスリリース（2019年1月30日付） 公衆衛生や生活の質的向上に寄与！～深紫外発光素子の高効率動作メカニズムを解明～（東北大・名古屋大・名城大・創光科学）日経新聞, optronics, 東北大, 名古屋大, 名城大
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