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2023 Fiscal Year Research-status Report

Exploring novel dilute nitride and bismide quantum light source innovating optical communications

Research Project

Project/Area Number 21KK0068
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

石川 史太郎  北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (60456994)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 富永 依里子  広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (40634936)
樋浦 諭志  北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (30799680)
Project Period (FY) 2021-10-07 – 2025-03-31
Keywords化合物半導体 / ナノ構造 / GaAs / GaNAs / GaAsBi
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、通信帯域光源として期待できる希釈窒素・希釈ビスマス量子ナノ構造の新展開を目指し、未開拓の成長条件、構造探求を行う。2023年度はより通信帯域で高品質な光源の探求のため、薄膜において通信光源として大きな期待が寄せられたGaInNAs混晶の高品質ナノワイヤ結晶作製に挑戦した。2022年度までにGaInNAs加工基板を用いた選択成長を用いることで成長可能条件をより広範に高品質結晶成長条件を探求していた。2023年度は同結果を踏まえ、コア-マルチシェルGaAs/GaInNAs多重量子井戸構造の高品質結晶成長とその通信帯域1.3μmでの室温発光観測に成功した。さらに、特筆すべき単体GaNAsナノワイヤにおける室温付近までのレーザー発振を得ることができた。また、GaAsBi系ナノワイヤに対してはその発光再結合過程を詳細に明らかにした。また、薄膜GaAsBiでは蛍光X線ホログラフィによるBi元素周辺の結晶の微細構造を詳細に調べた。
上述のGaInNAs系ナノワイヤの結果は連携するリンショピン大学および若手研究者の共同研究成果として論文報告を行うことができた。さらに、GaAsBi系結晶の発光再結合機構、結晶微細構造に対してもリンショピン大学、国内機関との共同研究より成果を得ることができた。以上より、多くの国際連携強化に資する成果が得られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

コア-マルチシェルGaAs/GaInNAs多重量子井戸構造の高品質結晶成長とその通信帯域1.3μmでの室温発光観測に成功し、これを国内外本研究参加研究者らによる共同研究成果としてApplied Physics Letters誌の論文報告を行うことができた。さらに、2022年度までの成果をもとに高品質結晶が得られていた単体GaNAsナノワイヤからは、リンショピン大学との共同研究で室温付近までのレーザー発振を得ることができ、共同研究成果としてACS Nano誌に論文報告を行えた。また、GaAsBi系ナノワイヤに対してはその発光再結合過程を詳細に明らかにした。また、GaAsBi薄膜およびナノワイヤに対して国内外の研究機関から蛍光X線ホログラフィによる薄膜低温成長GaAsBi化粧中Bi元素周辺の結晶の微細構造について知見を得、ナノワイヤではその発光再結合過程について明らかにした報告をScientific reports誌に共同研究成果として報告した。

Strategy for Future Research Activity

上述のGaNAs,GaInNAs,GaAsBiナノワイヤおよび薄膜に対する高品質結晶成長を更に進展させ、精度の高い量子井戸構造形成を含めて通信帯域で高機能を発現するナノ結晶を創出していく。さらに、これらから培った光学特性評価および微細構造評価技術を得られた試料に対して適用していくことで、未踏の通信帯域ナノスケール光源を実現する。

Causes of Carryover

コロナ下で始まった当研究計画であり、特に海外共同研究機関の渡航困難などから状況に即した研究計画、渡航計画の再調整を実施している。共同研究は当初予定以上に進んでおり次年度使用による研究計画調整は無理の無い進行に良い影響をもたらしている。

  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] リンショピン大学(スウェーデン)

    • Country Name
      SWEDEN
    • Counterpart Institution
      リンショピン大学
  • [Journal Article] High-Performance Multiwavelength GaNAs Single Nanowire Lasers2024

    • Author(s)
      Jansson Mattias、Nosenko Valentyna V.、Torigoe Yuto、Nakama Kaito、Yukimune Mitsuki、Higo Akio、Ishikawa Fumitaro、Chen Weimin M.、Buyanova Irina A.
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 18 Pages: 1477~1484

    • DOI

      10.1021/acsnano.3c07980

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] GaAs/GaInNAs core-multishell nanowires with a triple quantum-well structure emitting in the telecommunication range2023

    • Author(s)
      Nakama Kaito、Yukimune Mitsuki、Kawasaki Naohiko、Higo Akio、Hiura Satoshi、Murayama Akihiro、Jansson Mattias、Chen Weimin M.、Buyanova Irina A.、Ishikawa Fumitaro
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 123 Pages: 81104

    • DOI

      10.1063/5.0160080

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Lattice dynamics and carrier recombination in GaAs/GaAsBi nanowires2023

    • Author(s)
      Jansson M.、Nosenko V. V.、Rudko G. Yu、Ishikawa F.、Chen W. M.、Buyanova I. A.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 12880

    • DOI

      10.1038/s41598-023-40217-2

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanowires from Dilute Nitride and Dilute Bismide Alloys for Nanophotonics2023

    • Author(s)
      I. A. Buyanova, F. Ishikawa, and W. M. Chen
    • Organizer
      244th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Enhancing Efficiency of Second-Harmonic Generation in III-V Nanowires via Lattice Engineering2023

    • Author(s)
      Bin Zhang, Jan E. Stehr, Ping-Ping Chen, Xingjun Wang, Fumitaro Ishikawa, Weimin M. Chen, Irina A. Buyanova
    • Organizer
      IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference (IEEE-NMDC)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Energy upconversion in core/shell nanowire heterostructures based on dilute nitride alloys2023

    • Author(s)
      Mattias Jansson, Fumitaro Ishikawa, Weimin M. Chen, Irina A. Buyanova
    • Organizer
      14th Int. Conf. Nitride Semicond. (ICNS14)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanowires from highly mismatched alloys for nanophotonics2023

    • Author(s)
      I. A. Buyanova, F. Ishikawa, and W. M. Chen
    • Organizer
      International Conference on Nanophotonics and photovoltaics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] X-ray fluorescence holography of low-temperature-grown GaAs1-xBix2023

    • Author(s)
      Yoriko Tominaga, Koji Kimura, Seiya Saito, Minato Harada, Yusaku Kozai, Fumitaro Ishikawa, Naohisa Happo, and Kouichi Hayashi
    • Organizer
      International conference on complex orders in condensed matter: aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] THz波発生検出素子応用に向けた低温成長Bi系III-V族半導体の結晶欠陥制御2023

    • Author(s)
      富永依里子、石川史太郎、池永訓昭、上田修
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会 第44回年次大会
    • Invited
  • [Presentation] Crystallographic characterization of low-temperature-grown GaAsBi using X-ray fluorescence holography2023

    • Author(s)
      Y. Kozai, K. Kimura, T. Umenishi, S. Saito, Y. Tominaga, M. Yukimune, F. Ishikawa, N. Happo, and K. Hayashi
    • Organizer
      第42回電子材料シンポジウム
  • [Presentation] Photoelectrical Characterization of Low-Temperature-MBE-Grown GaAsBi Layers2023

    • Author(s)
      H. Imabayashi, M. Umeda, K. Shiojima, T. Umenishi, Y. Tominaga, M. Yukimune, F. Ishikawa, and O. Ueda
    • Organizer
      第42回電子材料シンポジウム
  • [Presentation] 光学測定に基づく低温成長InyGa1-yAs1-xBixのバンド端ゆらぎの解析2023

    • Author(s)
      荒川 竜芳, 梅西 達哉, 齋藤 聖哉, 香西 優作, 富永 依里子, 行宗 詳規, 石川 史太郎
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Remarks] 北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター 先進ナノ電子材料研究室 石川グループ

    • URL

      https://sites.google.com/view/ishikawa-rciqe

URL: 

Published: 2024-12-25  

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