2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research and development on novel-semiconductor nanowire light emitting devices towards next-generation smart devices
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19H02573
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
舘林 潤 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40558805)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市川 修平 大阪大学, 工学研究科, 助教 (50803673)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノワイヤ / MOVPE |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、本研究初年度としてまずは可視光領域で動作する化合物半導体（ワイドギャップ半導体である窒化物半導体を中心にして酸化亜鉛も対象とする）のナノワイヤの成長技術を確立するとともに、その光学・構造特性を評価し物理物性の理解を行った。具体的にはサファイア基板上にワイドギャップ半導体ナノワイヤ構造を形成する結晶成長技術を確立した。成長方法としてパターン基板を用いた選択成長法及び自然形成法を用いた。前者はパターン基板が必要となり、パターン基板を作製するためのプロセス技術を確立した。サファイア基板上に所望の材料を成長した後酸化膜を形成し電子線描画装置によりパターンを形成し、後者はパターン形成を行う必要が無く基板上に直接ナノワイヤの成長を行った。いずれの場合も、ナノワイヤ形成の際には成長温度・原料供給比及び成長速度がナノワイヤ形状を決定する成長条件であるが、今回注目した材料系のうち酸化亜鉛については自然形成を用いて成長を行った。比較的高温度（600℃）かつ低VI/II比で成長することにより高密度のナノワイヤ構造を得ることに成功した。一方、窒化ガリウム系材料はパターン基板上に選択成長法を用いて成長しており、最適化の結果適切な温度（1060℃）かつ比較的低いV/III比（40程度）でナノワイヤの成長が起こることを見出した。
次に、上記で形成したナノワイヤ構造に発光層である希土類元素を埋め込む技術を確立した。酸化亜鉛については赤色蛍光体であるEu、および量子切断蛍光体であるTm,Ybを添加した層を成膜し従来の膜成長と比し希土類元素の発光強度の増強に成功した。また、Tm,Ybについては量子切断による波長変換に必要なTmの490nm付近での発光を初めて観測することに成功するとともに、TmからYbへのエネルギー輸送を示唆する実験結果を得ることに成功した。
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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
初年度はスマートデバイス実現に向けた最初の要素技術であるナノワイヤ成長技術の開拓と発光層導入の検討であった。対象とする材料は窒化ガリウムおよび酸化亜鉛であり、いずれの材料も初年度の段階でナノワイヤ構造を得ることに成功しており、当初の目標を達成できている。また発光層導入についても、酸化亜鉛については発光層としてEu添加、Tm,Yb共添加層を成長し、発光強度を増強させることに成功している。発光の確認については当初二年次に想定していた研究内容であり、この観点では当初の予定以上に進展している。一方、窒化ガリウムについては、希土類添加層の成長を試みたものの発光を確認することが出来なかった。この点では当初の予定通りと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度ではナノワイヤの成長技術を主目標としていたが、成長条件の最適化によりナノワイヤ構造を実現することに成功しており、当初の目標は達成されている。また、発光層の導入検討についても酸化亜鉛材料については当初の目的以上の成果を達成している。今後は、酸化亜鉛材料については更なる成長条件の最適化や発光を更に増強させるための母体材料の工夫（例えば酸化亜鉛に不純物を導入させる等）により発光特性の向上を図る。また、窒化ガリウムについては、更に希土類添加膜の成長条件をダイナミックに振ることによりまずは希土類発光の観測を目指す。
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Research Products
(5 results)
