2017 Fiscal Year Research-status Report
半導体ナノロッドアレイ構造の光局在場制御技術の開発とその応用に関する研究
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17K05016
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤原 英樹 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (10374670)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光局在場 / ランダム構造 / レーザー誘起水熱合成 / 酸化亜鉛 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、酸化亜鉛を材料として選択し、金薄膜上に集光したレーザーの光吸収による局所加熱を利用したレーザー誘起水熱合成によりナノロッドアレイ構造を作製する際の作製条件の最適化を行い、高確率にランダムレーザー発振を誘起できる構造の作製条件の探索を行った。
照射レーザー強度や時間、前駆体溶液濃度の３つのパラメータを変化させた際に作製されるナノトッド径や形状をSEM観察により評価を行った。また、発光スペクトル測定を行い、紫外発光強度が増大し、欠陥に由来する可視域の発光が減少する様な条件の探索を行った。実験の結果、紫外域の発光を散乱により増強するため、100nm程度のナノロッドが作製でき、紫外域の発光が増大する条件として、照射強度1.2kW/cm2、照射時間10分、前駆体溶液濃度100mMという作製条件を得た。また、各条件で試作した試料におけるランダムレーザー発振特性の確認も行い、上記条件以外ではランダムレーザー発振を確認できず、上記の条件で作製した構造においてのみ80%以上という高い確率でランダムレーザー発振を確認する事に成功した。
また、GaN基板上でのレーザー誘起水熱合成実験中に、レーザー誘起水熱合成法とは異なる２次元構造作製技術を見いだした。この手法では、高強度パルス照射によりGaN基板界面にラフネスを形成し、そのラフネスから自発的にランダムレーザーが誘起されるため、安価・簡便に作製できるだけでなく、様々な基板上の任意の位置にランダムレーザーを意図的に作製する事が可能となる。このため、ZnOナノロッドアレイ構造のレーザー水熱合成実験と平行して研究を行い、レーザー発振が誘起される最適な照射条件を確定する事に成功した（論文準備中）。
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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
当初の目的通り、作製条件の探索、構造構造評価を進め、ランダムレーザー発振を高確率に誘起できる構造作製条件の確定に成功し、レーザー誘起水熱合成法を用いた低しきい値のナノロッドアレイランダムレーザーを確実に作製するための指針を得た。この作製手法に関する招待講演２件、学会発表４件を行い、現在論文を準備中である。
しかし、構造条件探索に時間がかかり、予定していたランダムレーザー発振モードを意図的に制御する手法の実現にまでは至っておらず、更なる作製条件の絞り込みが今後も継続して必要である。
また、GaN基板上でのレーザー誘起水熱合成実験中に、レーザー誘起水熱合成法とは異なる２次元構造作製技術を見いだし、安価・簡便に作製できるだけでなく、様々な基板上の任意の位置にランダムレーザーを意図的に作製する事が可能となる新たな作製手法の提案を行った。この作製手法に関する学会発表１件を行い、現在は論文を準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
発振・局在モード制御の実現を目指し、レーザー誘起水熱合成条件の更なる条件探索を継続して行う。具体的には、ロッド径のばらつきの原因であると考えられる温度ムラを抑制するための照射レーザー光のプロファイル制御や、結晶成長制御を行うためのエチレングリコール混入等を行い、より制御性の優れた構造作製評価を行う。また、これまでナノ粒子膜で行って来た局在モード制御技術を流用し、意図的な欠陥領域を導入する事でモード制御の実現を試みる。これらの方法で構造を試作し、ランダムレーザー発振測定を行う事でその制御性の実証を試みる。構造試作後、ランダム構造の局在モード制御による光反応増強効果の検証を開始する。ロッド径や密度に対する導入色素（今回の場合はZnO）の発光寿命測定やスペクトル測定を行い、構造特性の制御による発光・吸収特性の増強効果の見積を進める。
また、高強度レーザー照射による自発的なランダムレーザー作製手法に関しても平行して研究を行い、来年度中に作製条件の制御によるレーザー発振制御が可能かどうかの検討を行う。
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| Causes of Carryover |
平成29年6月：初年度に購入予定であったグリーンレーザーを、これまでに実績のある波長405nmの高出力LDの購入に変更した。このため導入用光学系を従来使用していた光学系を流用したため購入金額に差額が生じた。
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