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2013 Fiscal Year Annual Research Report

室温動作ポラリトンレーザ構造のヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシャル形成

Research Project

Project/Area Number 22246037
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

秩父 重英  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宗田 孝之  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90171371)
上殿 明良  筑波大学, 数理物質科学研究科(系), 教授 (20213374)
羽豆 耕治  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30367057)
古澤 健太郎  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40392104)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2014-03-31
Keywords電子・電気材料 / ヘリコン波励起プラズマスパッタ / 酸化亜鉛 / 微小共振器 / ポラリトンレーザー
Research Abstract

半導体中の励起子と微小共振器の光モードを強結合させ、半導体レーザとは異なる原理によってコヒーレント光を得る微小共振器結合励起子ポラリトンレーザを実現するため以下の項目を実行し、室温において結合モードによると思われる発光増強を確認した。
(1)水熱合成ZnOターゲットを高真空型ヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシー(HWPSE)装置に装填してスパッタし、水熱合成Zn極性ZnO基板上へのZnOホモエピタキシャル成長を行った。ZnOホモエピタキシャル層の表面はテラス幅1マイクロメートル程度の単分子層ステップが観測できるほど平坦に形成されており、従来から用いていた気相合成ターゲットよりも不純物濃度が低い高品位エピタキシャル層の形成に成功したといえる。低温において励起子ポラリトンに起因する発光ピークも観測された。 (2)有機金属気相成長法により成長されたSi添加AlGaN/AlGaN構造の構造・光学特性評価を行い、電子状態計算結果と合わせて界面の及ぼす影響について吟味を行った。また、DBR構造の最適化計算を行った。 (3)ターゲットにSiおよびZr金属を用いた反応性ヘリコン波励起プラズマスパッタ(R-HWPS)モードにて、各膜厚をその場観測・制御しながらSiO2/ZrO2誘電体分布ブラッグ反射鏡(DBR)の形成を行った。ほぼ理論値に近い中心波長と高反射率をもち、干渉波長において反射率がゼロ近くになるDBRの形成に成功した。また、このDBR 2枚の中にZnO活性層を挟む構造を形成し、キャビティーモードによる室温発光強度の増強を観測した。 (4)MgZnO/ZnO量子井戸を組み込んだ構造のポラリトン分散計算を詰めるため、精密な反射率計測による振動子強度導出を定式化した。また、特定の電磁波伝搬方向にて、規約表現Γ1の励起子とΓ5の励起子の混成モードが発生することが明らかになった。 (5)DBRを透過しての局所的強励起を可能とする、電子線を用いた発光観測系の整備を行い、実測に成功した。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Impacts of Si-doping and resultant cation vacancy formation on the luminescence dynamics for the near-band-edge emission of Al0.6Ga0.4N films grown on AlN templates by metalorganic vapor phase epitaxy2013

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, H. Miyake, Y. Ishikawa, M. Tashiro, T. Ohtomo, K. Furusawa, K. Hazu,K. Hiramatsu, A. Uedono
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 113 Pages: 213506 1-6

    • DOI

      10.1063/1.4807906

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic Structure and Spontaneous Polarization in ScxAlyGa1-x-yN Alloys Lattice-Matched to GaN: A First-Principles Study2013

    • Author(s)
      K. Shimada, S. F. Chichibu, M. Hata, H. Sazawa, T. Takada, and T. Sota
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Pages: 08JM04 1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.08JM04

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local carrier dynamics around the sub-surface basal-plane stacking faults of GaN studied by spatio-time-resolved cathodoluminescence using a front-excitation-type photoelectron-gun2013

    • Author(s)
      K. Furusawa, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, S. Nagao, H. Ikeda, K. Fujito, and S. F. Chichibu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 052108 1-4

    • DOI

      10.1063/1.4817297

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Excitonic emission dynamics in homoepitaxial AlN films studied using polarized and spatio-time-resolved cathodoluminescence measurements2013

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, K. Hazu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, T. Ohtomo, K. Furusawa, A. Uedono, S. Mita, J. Xie, R. Collazo, and Z. Sitar
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 142103 1-5

    • DOI

      10.1063/1.4823826

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on freestanding GaN substrates grown by hydride vapor phase epitaxy2013

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, K. Furusawa, H. Namita, S. Nagao, K. Fujito, A. Uedono
    • Journal Title

      Electrochemical Society Transactions

      Volume: 50 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1149/05042.0001ecst

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 反応性ヘリコン波励起プラズマスパッタ法によるZnO系微小光共振器形成の検討2014

    • Author(s)
      古澤健太郎,柿畑研人,小山雅史,秩父重英
    • Organizer
      2014年春季応用物理学会
    • Place of Presentation
      相模原市
    • Year and Date
      2014-03-17
  • [Presentation] Effects of Si-doping on the recombination dynamics of excitons in AlGaN alloys studied by time-resolved cathodoluminescence

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, H. Miyake, Y. Ishikawa, M. Tashiro, T. Ohtomo, K. Hazu, K. Furusawa, K. Hiramatsu, A. Uedono
    • Organizer
      European Materials Research Society, 2013 Spring Meeting, Session L: Group III nitrides
    • Place of Presentation
      Strasbourg, France
    • Invited
  • [Presentation] Influences of point defects on the emission dynamics of wide bandgap nitride and oxide semiconductors

    • Author(s)
      S. F. Chichibu and A. Uedono
    • Organizer
      2013 Japan Society of Applied Physics - Materials Research Society Joint Symposia
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Invited
  • [Presentation] Effects of Si-doping on the near-band-edge emission dynamics of Al0.6Ga0.4N epilayers grown on AlN templates by metalorganic vapor phase epitaxy

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, H. Miyake, K. Hazu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, T. Ohtomo, K. Furusawa, K. Hiramatsu, A. Uedono
    • Organizer
      The IUMRS International Conference in Asia 2013 (IUMRS-ICA-2013)
    • Place of Presentation
      Bangalore, India
    • Invited
  • [Presentation] Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on local exciton dynamics of a freestanding GaN substrate grown by hydride vapor phase epitaxy

    • Author(s)
      K. Furusawa, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, S. Nagao, H. Ikeda, K. Fujito, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      The 40th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2013)
    • Place of Presentation
      Kobe, Japan
  • [Presentation] Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on AlN epitaxial films grown on low dislocation density bulk AlN substrates prepared by the physical vapor transport method

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Furusawa, K. Hazu, S. Mita, J. Xie, R. Collazo, Z. Sitar
    • Organizer
      The 10th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-10)
    • Place of Presentation
      Washington, DC,USA
  • [Presentation] Local emission dynamics in and around the sub-surface basal-plane stacking faults in GaN studied by the spatio-time-resolved cathodoluminescence method using a front-excitation photoelectron gun

    • Author(s)
      K. Furusawa, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, S. Nagao, H. Ikeda, K. Fujito, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      The 10th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-10)
    • Place of Presentation
      Washington, DC,USA
  • [Presentation] Transport and emission properties of Nb-doped n++-type (001) anatase-TiO2 / Mg-doped p-type (0001) GaN heteroepitaxial structures

    • Author(s)
      M. Yamagishi, K. Hazu, T. Ohtomo, Y. Ishikawa, K. Furusawa, T. Nakayama, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      The 10th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-10)
    • Place of Presentation
      Washington, DC,USA
  • [Presentation] Local carrier dynamics in and around the sub-surface stacking faults in GaN studied using spatio-time-resolved cathodoluminescence equipped with a front-excitation configuration femtosecond pulsed photoelectron gun

    • Author(s)
      K. Furusawa, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, S. Nagao, H. Ikeda, K. Fujito, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      2013 Japan Society of Applied Physics - Materials Research Society Joint Symposia
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
  • [Presentation] 「ワイドバンドギャップ窒化物・酸化物半導体の発光寿命と点欠陥の関係」

    • Author(s)
      秩父重英,上殿明良
    • Organizer
      ワイドギャップ半導体光・電子デバイス162委員会 10月定期研究会
    • Place of Presentation
      名城大学
    • Invited
  • [Presentation] 気相成長AlN基板上AlNエピタキシャル層の時間空間分解カソードルミネッセンス計測

    • Author(s)
      秩父重英,石川陽一,田代公則,古澤健太郎,羽豆耕治,J.Xie,三田清二,R.Collazo,Z.Sitar
    • Organizer
      2013年秋季応用物理学会
    • Place of Presentation
      同志社大学
  • [Presentation] 時間空間分解カソードルミネッセンス法による単一積層欠陥回りでの発光ダイナミクス解析

    • Author(s)
      古澤健太郎,石川陽一,田代公則,羽豆耕治,長尾哲,池田宏隆,藤戸健史,秩父重英
    • Organizer
      2013年秋季応用物理学会
    • Place of Presentation
      同志社大学
  • [Presentation] 水熱合成ZnOターゲットを用いたZnO薄膜のヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシー(2)

    • Author(s)
      古澤健太郎,中沢駿仁,石川陽一,田代公則,秩父重英
    • Organizer
      2014年春季応用物理学会
    • Place of Presentation
      相模原市
  • [Presentation] AlNテンプレート上Si添加高AlNモル分率AlxGa1-xN多重量子井戸の時間空間分解陰極線蛍光分光評価

    • Author(s)
      秩父重英,石川陽一,古澤健太郎,田代公則,大友友美,三宅秀人,平松和政
    • Organizer
      2014年春季応用物理学会
    • Place of Presentation
      相模原市

URL: 

Published: 2015-05-28  

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