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2011 Fiscal Year Annual Research Report

窒化物半導体ナノウォール結晶のヘテロ構造制御と光・電子デバイス応用技術の開発

Research Project

Project/Area Number 21310087
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

菊池 昭彦  上智大学, 理工学部, 准教授 (90266073)

Keywordsナノウォール / 窒化物半導体 / 電界効果トランジスタ / 選択成長 / ナノ結晶 / 分子線エピタキシー / 半導体超微細化 / GaN
Research Abstract

本研究は、研究代表者らが世界に先駆けて開発した窒化物半導体ナノ結晶であるGaNナノウォールの結晶成長機構の解明と制御技術の開発、ナノ物性の評価、およびナノ光デバイス(LD)とナノ電子デバイス(FET)応用の実験的検証を行い、革新的ナノデバイス材料としての可能性を提示することを目的とし、(1)ヘテロ構造ナノウォールの結晶成長技術の確立、(2)GaNナノウォール結晶のMBE法による選択成長機構と貫通転位抑止効果の解明、(3)GaN系ナノ結晶の物性評価(格子歪の緩和効果、In組成分布のナノ構造効果)、(4)InGaN/GaNナノウォールの可視域光励起発振の検証とInGaN/GaNナノウォールLDの開発、(5)GaN/AlGaNナノウォールの電気伝導特性評価とFET動作の検証、という課題を設定して実施した。
初年度に(1)と(2)、第2年度に(3)と(4)を成功裏に実施し、最終年度は(5)ナノウォールFETの作製と動作検証を行って、計画全体において予定通りの成果を得ることができた。
以下に最終年度の研究概要を記す。半絶縁性c面GaNテンプレート表面に厚さ5nmのTi膜を堆積し、電子線描画とドライエッチングでナノパターンを形成してGaN層を露出させ、ノンドープGaNを3時間、ノンドープAl_<0.2>Ga_<0.8>Nを20nm成長したところ、極めて選択性の良好なAIGaN/GaNナノウォールFET構造が成長できた。チャネル部は幅120~200nm、高さ約1.2μmのナノウォールとし、AlGaN層がナノウォール上部と側面全体を覆っている構造が形成できたことから二次元電子ガスによる高速性も期待される。表面全体にALD法でAl_2O_3絶縁膜を20nm堆積後、ソース、ドレイン、およびゲート電極を形成した。ゲート電極幅は10μmとした。m軸に沿ったナノウォールFETにおいて、I_D-V_<DS>特性(静特性)を評価したところ、ゲート電圧による明瞭なドレイン電流の制御が確認された。これは世界初のAIGaN/GaNナノウォールの実験的検証である。本成果により、AlGaN/GaNナノウォールが電子デバイスに応用可能であることが示された。最終課題である電流注入型ナノウォールレーザの研究は、引き続き基盤研究(B)「InGaN量子構造活性層を内在する超薄膜GaNナノウォール発光デバイスの研究」で実施する計画である。

  • Research Products

    (30 results)

All 2012 2011

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (23 results)

  • [Journal Article] Low-temperature photoluminescence studies of In-rich InAIN nanocolumns2012

    • Author(s)
      J.Kamimura, K.Kishino, A.Kikuchi
    • Journal Title

      Physica Status Solidi RR

      Volume: 6 Pages: 123-125

    • DOI

      10.1002/pssr.201105564

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoluminescence Properties of selectively grown InN microcrystals2012

    • Author(s)
      J.Kamimura, K.Kishino, A.Kikuchi
    • Journal Title

      Physica Status Solidi RRL

      Volume: 6 Pages: 157-159

    • DOI

      10.1002/pssr.201105532

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Raman Scattering from a Surface Phonon in GaN Nanowalls and Regularly-Arrayed GaN Nanocolumns2011

    • Author(s)
      Y.Komatsu, S.Mitsui, H.Kuroe, T.Sekine, K.Yamano, H.Sekiguchi, A.Kikuchi, K.Kishino
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: Proc.1399 Pages: 527

    • DOI

      10.1063/1.3666486

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial lateral overgrowth of InN by rf-plasma-assisted molecular-beam epitaxy2011

    • Author(s)
      J.Kamimura, K.Kishino, A.Kikuchi
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 1 Pages: 042145

    • DOI

      10.1063/1.3664138

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optically Pumped Green (530-560nm) Stimulated Emissions from InGaN/GaN Multiple-Quantum-Well Triangular-Lattice Nanocolumn Arrays2011

    • Author(s)
      S.Ishizawa, K.Kishino, R.Araki, A.Kikuchi, S.Sugimoto
    • Journal Title

      APPLIED PHYSICS EXPRESS

      Volume: 4 Pages: 055001

    • DOI

      10.1143/APEX.4.055001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Micromirror arrays to assess luminescent nano-objects2011

    • Author(s)
      Y.Kawakami, A.Kanai, A.Kaneta, M.Funato, A.Kikuchi, K.Kishino
    • Journal Title

      REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS

      Volume: 82 Pages: 053905

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single mode emission and non-stochastic laser system based on disordered point-sized structures : toward a tunable random laser2011

    • Author(s)
      R.Bardoux, A.Kaneta, M.Funato, K.Okamoto, Y.Kawakami, A.Kikuchi, K.Kishino
    • Journal Title

      OPTICS EXPRESS

      Volume: 19 Pages: 9262-9268

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Near-infrared (1.46μm) operation on In-rich InGaN-based nanocolumns LEDs2012

    • Author(s)
      K.Kishino, J.Kamimura, K.Kamiyama, A.Kikuchi, T.Suzuki
    • Organizer
      2012 Photonics West, San Francisco
    • Place of Presentation
      California, USA(Invited)
    • Year and Date
      20120121-20120126
  • [Presentation] ELO成長法におけるInNの光学特性2012

    • Author(s)
      亀谷龍馬、神村淳平、猪瀬裕太、欅田英之、江馬一弘、菊池昭彦、岸野克巳
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会、26pPSA-2
    • Place of Presentation
      兵庫
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] InGaN系661nm赤色発光ナノコラムの光学特性2012

    • Author(s)
      V.Ramesh、岸野克巳、井川雄介、菊池昭彦
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会、18a-B1-9
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] 金属/誘電体(Ag/ZnO)多層膜(MDM)透明導電性材料の作製と評価2012

    • Author(s)
      白崎慎也、赤井寧、菊池昭彦
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会、18p-F6-3
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] AlGaN電子注入層によるGaN/F8BT無機/有機複合LEDの特性改善2012

    • Author(s)
      辻智之, 島田雄平, 入江崇之, 菊池昭彦
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会、18P-F12-3
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] 無機/有機複合LED (IO-HyLED)における自己配列双極子分子(SADM)を用いた電子注入特性の改善2012

    • Author(s)
      辻智之、入江崇之、島田雄平、菊池昭彦
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会、17p-F7-16
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-17
  • [Presentation] TiマスクRF-MBE選択成長法によるAlGaN/GaNナノウォールFETの作製2012

    • Author(s)
      菊池昭彦、井上大輔、山野晃、蜂屋大樹、岸野克巳
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会、16p-F12-2
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-16
  • [Presentation] 窒化物半導体の特異ナノ構造制御とデバイス展開2012

    • Author(s)
      岸野克巳、江馬一弘、菊池昭彦、野村一郎
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会、15a-F11-2
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-15
  • [Presentation] Epitaxial Growth and Emission Device Applications of GaN-based Nanocolumns2011

    • Author(s)
      K.Kishino, K.Yamano, S.Ishizawa, J.Kamimura, T.Kouno, M.Goto, R.Araki, T.Suzuki, A.Kikuchi, K.Nagashima, K.Kamiyama
    • Organizer
      SemiconNano 2011, 3rd International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures
    • Place of Presentation
      Traunkirchen, Austria(Invited)
    • Year and Date
      20110911-20110916
  • [Presentation] Nanoepitaxy of regularly arranged GaN-based nanocolumns and related nano-devices (Keynote Presentation)2011

    • Author(s)
      K.Kishino, S.Ishizawa, K.Yamano, J.Kamimura, A.Kikuchi, T.Kouno
    • Organizer
      SPIE 2011 Optics+Photonics
    • Place of Presentation
      San Diego, California, USA
    • Year and Date
      20110821-20110825
  • [Presentation] Room-Temperature Near-Infrared Emission (1.46μm) from Nanocolumn LEDs with In-rich In_<0.87>Ga_<0.13>N Active Layer2011

    • Author(s)
      J.Kamimura, K.Kishino, K.Kamiyama, A.Kikuchi, T.Suzuki
    • Organizer
      9th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Glasgow, Scotland
    • Year and Date
      20110710-20110715
  • [Presentation] Monolithic Integration of InGaN-based Nanocolumn LEDs with Different Emission Colors2011

    • Author(s)
      K.Nagashima, K.Kishino, K.Yamano, A.Kikuchi, M.Goto
    • Organizer
      9th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Glasgow, Scotland(Invited)
    • Year and Date
      20110710-20110715
  • [Presentation] Quasi-whispering gallery mode lasing action in GaN hexagonal microdisks fabricated by re-MBE on m-plane GaN substrates2011

    • Author(s)
      T.Kouno, K.Kishino, M.Sakai, A.Kikuchi
    • Organizer
      Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS-2011)
    • Place of Presentation
      Toba, Mie
    • Year and Date
      20110522-20110526
  • [Presentation] Epitaxial lateral overgrowth of InN on 2-inch sapphire substrate by rf-MBE2011

    • Author(s)
      J.Kamimura, K.Kishino, A.Kikuchi
    • Organizer
      Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS-2011)
    • Place of Presentation
      Toba, Mie
    • Year and Date
      20110522-20110526
  • [Presentation] Emission Characteristics of InGaN/GaN-MQW Nanocolumn Arrays2011

    • Author(s)
      K.Kishino, S.Ishizawa, K.Yamamo, K.Nagashima, M.Goto, R.Araki, A.Kikuchi, T.Kouno
    • Organizer
      E-MRS 2011 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Nice, France(Invited)
    • Year and Date
      20110509-20110513
  • [Presentation] Nitride-based Nanocolumns and Applications2011

    • Author(s)
      K.Kishino, K. Yamano, S.Ishizawa, K.Nagashima, M.Goto, R.Araki, A.Kikuchi, T.Kouno
    • Organizer
      CLEO2011
    • Place of Presentation
      Baltimore, Maryland, USA(Invited)
    • Year and Date
      20110501-20110505
  • [Presentation] Visible Range Emission Color Control of InGaN-based Nanocolumns and Fabrication of Regularly Arranged Nanocolumn Array LEDs2011

    • Author(s)
      K.Kishino, K.Yamano, K.Nagashima, A.Kikuchi, M.Goto
    • Organizer
      2011 MRS Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, California, USA(Invited)
    • Year and Date
      20110425-20110429
  • [Presentation] 近赤外1.46μm発光規則配列InGaNナノコラムLEDの作製と評価2011

    • Author(s)
      神村淳平、岸野克巳、神山幸一、菊池昭彦
    • Organizer
      電子情報通信学会、レーザ・量子エレクトロニクス研究会、信学技報、LQE2011-121、pp.127-130
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2011-11-18
  • [Presentation] 発光色の異なるInGaN/GaNナノコラムLEDの一体集積化2011

    • Author(s)
      山野晃司、岸野克巳、後藤明輝、池田恭一、菊池昭彦、長島和哉
    • Organizer
      72回応用物理学会学術講演会、2p-ZE-4
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2011-09-02
  • [Presentation] InGaN/GaNナノコラム結晶の熱処理効果2011

    • Author(s)
      池田恭一、岸野克巳、山野晃司、菊池昭彦、尾崎泰一朗
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会、2p-ZE-3
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2011-09-02
  • [Presentation] 規則配列InGaN/GaN MQWナノコラムの光励起誘導放出の単一パルス測定2011

    • Author(s)
      石沢峻介、岸野克巳、荒木隆一、菊池昭彦
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会、1a-ZE-14
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] N極性InGaN/GaNナノ結晶の成長及び光学特性2011

    • Author(s)
      柏木直人、岸野克巳、光野徹也、秦裕史、菊池昭彦
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会、30p-ZE-4
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2011-08-30
  • [Presentation] 室温近赤外発光規則配列InGaNナノコラムLED2011

    • Author(s)
      神村淳平、岸野克巳、鈴木匠人、神山幸一、菊池昭彦
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会、30a-ZE-7
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2011-08-30

URL: 

Published: 2013-06-26  

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