2022 Fiscal Year Annual Research Report
Design of artificial nanocrystals based on nanocolumns and creation of new optical functionalities
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21K14483
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
大音 隆男 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (20749931)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | InGaN / ナノ構造 / メタマテリアル / キラル / クラスタ配列 / 光学活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では従来のInGaN系ナノ構造の作製技術を応用し，メタマテリアル・メタ表面の考え方を導入することで，高効率化・光学特性の制御だけでなく，材料が本来持たない光機能性を発現することを目指して研究を推進した．本研究で得られた研究実績を以下に示す．
１）ナノ構造の分割による高効率化と偏光制御
InGaN系発光素子の長波長領域での発光効率改善に向けて，充填率を変えずに１つのナノコラムを複数に分割することでナノ結晶効果の向上を検討した．その結果，同一の周期・充填率のナノコラムアレイであっても，コラムの分割によりナノ構造効果が増大して，内部量子効率・光取り出し効率が向上することを明らかにした．さらに，コラムの分割数を変化して結晶の回転対称性を変化させることで，光機能性の制御を試みた．2回回転対称性の4つ組クラスタ構造においては，フォトニックバンドの縮退が完全に解けることで，高い偏光度を持ったエネルギー状態が達成された．
２）キラル構造による円偏光特性制御
クラスタ配列のコラム径や位置を変化させることで鏡映対称性を消失させ，旋光性が発現できることを厳密波結合解析によって理論的に明らかにした．また，コラム径の変化によりピーク波長のシフトと旋光性の増大が可能であることを見出した．さらに，水素雰囲気異方性熱エッチング(HEATE)法を用いて，実際にキラル型フォトニック結晶を作製し，従来のアキラル構造と光学特性の比較を行った．アキラル型では観測されなかった右円偏光と左円偏光の光学応答の差異がキラル型では得られたことから，InGaN系ナノ構造において光学活性が発現していることを実験的にも実証した．以上から，InGaN系キラル型ナノコラムフォトニック結晶が小型可視円偏光光源に応用できることを示した．
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[Presentation] Lanthanoid Implanted GaN with Enhanced Photon Emission for Nanophotonic Applications2022
Author(s)
S. Sato, T. Oto, S. Li, M. Deki, T. Nishimura, T. Ohshima, H. Watanabe, S. Nitta, Y. Honda, H. Amano, B. C. Gibson, A. D. Greentree
Organizer
The 32nd Annual Meeting of MRS-J
Int'l Joint Research / Invited
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