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2015 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number 24310106
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

菊池 昭彦  上智大学, 理工学部, 教授 (90266073)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywordsナノ光デバイス / 量子構造 / 化合物半導体 / ナノ結晶 / ナノ加工 / GaN / ナノウォール / ナノコラム
Outline of Annual Research Achievements

①本研究で開発した水素雰囲気異方性熱エッチング(HEATE)法を用い、加工限界に迫る直径約10nmのGaNナノピラー構造を作製した。HEATEで加工したInGaN量子井戸GaNナノウォールは、最表面まで単結晶を維持し、加工損傷が見られないことを検証した。また、HEATE加工条件を精査し、低水素圧、900℃以下の条件ではInGaN層の発光強度がほとんど低下せず、HEATE法によるナノ構造作製に好適であることを見出した。
②HEATE法で作製したInGaN単一量子井戸ナノ構造の発光特性のサイズ依存性を室温ホトルミネッセンス(PL)および時間分解PL、低温PL測定により評価した。直径200nm以下では微細化に伴う非発光再結合中心の孤立効果が顕在化して発光強度が著しく増加することを確認した。直径100nm以下では表面非発光再結合によって発光強度が減少に転じたが、表面安定化による更なる特性向上の可能性が示唆された。
③p-GaN/InGaN/n-GaN単一量子井戸構造エピ基板をHEATE法で加工して幅40nm~100nmのInGaN単一量子井戸を内在するナノウォールアレイLEDやナノピラーアレイLEDを作製し、室温での電流注入青色発光を得た。電流-電圧特性は良好な整流特性を示し、HEATE法で作製したナノ構造がデバイス化に適することを示した。
④計画外の成果:MgZnO/Ag(Al)/MgZnO多層構造透明度電膜を作製し、優れた耐熱性(>400℃)と紫外(315nm)~可視全域(780nm)における高透過性(平均透過率88.2%)、高い導電性(7.6Ω/sq.)を実証した。また、GaNナノウォールを共振器とする無機有機複合型デバイスへの展開に向け、静電塗布現象を用いるナノミスト堆積(NMD)法を開発し、平坦(RMS<5nm)で均一な低分子および高分子有機半導体の成膜積条件を把握した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (25 results)

All 2016 2015

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Deposition characteristics of small-molecule CBP:PBD:TPD:Ir(mppy)3 organic thin films using a modified electrospray deposition method2016

    • Author(s)
      Yoshiki Niinuma, Yusuke Takatsuka, Ryo Terada, Hiroyuki Ueda and Akihiko Kikuchi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 04EL01

    • DOI

      DOI:10.7567/JJAP.55.04EL01

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High-quality cubic and hexagonal InN crystals studied by micro-Raman scattering and electron backscatter diffraction2016

    • Author(s)
      Jumpei Kamimura, Manfred Ramsteiner, Uwe Jahn, Cheng-Ying James Lu, Akihiko Kikuchi, Katsumi Kishino and Henning Riechert
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 49 Pages: 155106

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/15/155106

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Thermal durability of AZO/Ag(Al)/AZO transparent conductive films2016

    • Author(s)
      Yukiko Sugimoto, Kanae Igarashi, Shinya Shirasaki, and Akihiko Kikuchi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 04EJ15

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.04EJ15

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of Al doping in the Ag layer of MgZnO/Ag/MgZnO dielectric/metal/dielectric UV-visible transparent conductive films2016

    • Author(s)
      Yukiko Sugimoto, Kanae Igarashi, Shinya Shirasaki, and Akihiko Kikuchi
    • Journal Title

      Physica Status Solidi C

      Volume: online Pages: 1

    • DOI

      10.1002/pssc.201510290

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Growth of very large InN microcrystals by molecular beam epitaxy using epitaxial lateral overgrowth2015

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

      Journal of Applied Physics

      Volume: 117 Pages: 084314

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4913626

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Characterization of hydrogen environment anisotropic thermal etching and application to GaN nanostructure fabrication2015

    • Author(s)
      Ryo Kita, Ryo Hachiya, Tomoya Mizutani, Hiroki Furuhashi and Akihiko Kikuchi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 54 Pages: 046501

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.046501

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 水素雰囲気熱処理InGaN/GaN多重量子井戸層の発光特性評価及び水素雰囲気異方性熱エッチング(HEATE)法によるナノ構造の作製2016

    • Author(s)
      石嶋駿、小川航平、水谷友哉、蜂屋諒、菊池昭彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大大岡山キャンパス,目黒区,東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 水素雰囲気異方性熱エッチング(HEATE)法によるInGaN/GaN単一量子ディスクナノLEDの作製2016

    • Author(s)
      小川航平、蜂屋諒、水谷友哉、石嶋駿、菊池昭彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大大岡山キャンパス,目黒区,東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] ナノミスト堆積法によるAlq3/NPB低分子積層構造の成膜特性2016

    • Author(s)
      上田裕之、高塚祐輔、新沼佳樹、寺田諒、菊池昭彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大大岡山キャンパス,目黒区,東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] ナノミスト堆積法による低分子有機薄膜の成膜条件依存性2016

    • Author(s)
      寺田諒、新沼佳樹、高塚祐輔、上田裕之、菊池昭彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大大岡山キャンパス,目黒区,東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] AMZO/Ag(Al)/AMZO-DMDにおける薄膜Ag層のAlドープ効果2016

    • Author(s)
      五十嵐佳苗、杉本悠紀子、菊池昭彦
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東工大大岡山キャンパス,目黒区,東京
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Low-damage top-down fabrication of InGaN/GaN single quantum disk nanopillars by hydrogen environment anisotropic thermal etching2015

    • Author(s)
      Akihiko Kikuchi, Ryo Hachiya, Tomoya Mizutani, Shun Ishijima, and Kouhei Ogawa
    • Organizer
      4th Nano Today Conference
    • Place of Presentation
      Dubai, Emirate of Dubai
    • Year and Date
      2015-12-06 – 2015-12-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of modified electrospray deposition technique for fabricating small-molecule based organic multilayer structures2015

    • Author(s)
      Akihiko Kikuchi, Yoshiki Niinuma, Yusuke Takatsuka, Hiroyuki Ueda, and Ryo Terada
    • Organizer
      2015 Materials research Society (MRS) Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, MA, USA
    • Year and Date
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Lasing action in floated connection type AlGaN microdisks2015

    • Author(s)
      Sho Suzuki, Tetsuya Kouno, Hoshi Takeshima, Akihiko Kikuchi, Katsumi Kishino, Masaru Sakai, and Kazuhiko Hara
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
    • Place of Presentation
      Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optical property of InGaN/GaN single quantum disk nano-pillars fabricated by hydrogen environment anisotropic thermal etching (HEATE)2015

    • Author(s)
      Tomoya Mizutani, Ryo Hachiya, Kohei Ogawa, Shun Ishijima, and Akihiko Kikuchi
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
    • Place of Presentation
      Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-quality cubic and hexagonal InN crystals studied by micro-Raman scattering and electron backscatter diffraction2015

    • Author(s)
      Jumpei Kamimura, Manfred Ramsteiner, Uwe Jahn, Cheng-Ying James Lu, Akihiko Kikuchi, Katsumi Kishino, and Henning Riechert
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
    • Place of Presentation
      Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Shizuoka, Japan
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] AlGaN Microdisks on Top of Supporting GaN Columns Fabricated using Hydrogen Environment Anisotropic Thermal Etching2015

    • Author(s)
      S. Suzuki, T. Kouno, H. Takeshima, A. Kikuchi, K. Kishino, M. Sakai and K. Hara
    • Organizer
      The 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido, Japan
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on Thermal Durability of AZO/Ag(Al)/AZO Transparent Conductive Film2015

    • Author(s)
      Y. Sugimoto, K. Igarashi and A. Kikuchi
    • Organizer
      The 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido, Japan
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deposition Characteristics of Small Molecule Organic Thin Film (CBP:PBD:TPD:Ir(Mppy)3) by Modifid Electrospray Deposition2015

    • Author(s)
      Y. Niinuma, D. Nishi, J. Ishino and A. Kikuchi
    • Organizer
      The 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido, Japan
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of Al doping in Ag layer of MgZnO/Ag/MgZnO dielectric/metal/dielectric (DMD) UV-visible transparent conductive films2015

    • Author(s)
      Yukiko Sugimoto and Akihiko Kikuchi
    • Organizer
      17th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノミスト堆積(多電極型静電塗布)法による低分子Alq3成膜特性における噴霧モードの影響2015

    • Author(s)
      高塚祐輔、新沼佳樹、上田裕之、寺田諒、菊池昭彦
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場, 名古屋,愛知
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 水素雰囲気異方性熱エッチング(HEATE)法によって作製したInGaN/GaN単一量子ディスクナノピラーの光学特性2015

    • Author(s)
      水谷友哉、蜂屋諒、小川航平、石嶋駿、菊池昭彦
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場, 名古屋,愛知
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Fabrication of InGaN/GaN quantum well based nanostructures by hydrogen environment anisotropic thermal etching (HEATE)2015

    • Author(s)
      Akihiko Kikuchi, Ryo Hachiya, and Tomoya Mizutani
    • Organizer
      Workshop on Frontier Photonic and Electronic Materials and Devices - German-Japanese-Spanish Joint Workshop -
    • Place of Presentation
      Shiran-Kaikan, Kyoto University, Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2015-07-11 – 2015-07-14
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication of GaN based nanostructures by hydrogen environment anisotropic thermal etching (HEATE)2015

    • Author(s)
      Akihiko Kikuchi, Ryo Kita, Ryo Hachiya, and Tomoya Mizutani
    • Organizer
      The 7th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2015-05-17 – 2015-05-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 窒化物半導体ナノ結晶デバイス作製に向けた水素雰囲気異方性熱エッチング(HEATE)法の検討2015

    • Author(s)
      菊池昭彦、蜂屋諒、水谷友哉
    • Organizer
      日本学術振興会 将来加工技術第136委員会 平成26年度第1回研究会(第145委員会協賛)
    • Place of Presentation
      プラザエフ, 千代田区, 東京
    • Year and Date
      2015-04-23
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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