2014 Fiscal Year Annual Research Report
酸化亜鉛微小球ウィスパリングギャラリーモード紫外レーザーの作製と応用
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25286071
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
岡田 龍雄 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 教授 (90127994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 大輔 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (40444864)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ZnO / 微小光共振器 / ドーピング / 屈折率センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
引き続き微小球の作製と特性評価を継続した。すなわち， アクセプタ―として働くアンチモンを添加したZnO ターゲットをレーザーアブレーションして，アンチモンを添加したZnO微小球を作製した。作製したZnO微小球をマイクロラマン散乱で評価したところ，アンチモンの含有を示唆するラマン遷移の変位が確認され，アンチモンを添加してもZnO微小球を作製できることを確認した。また，Nd:YAGレーザーの3倍高調波で光励起したところ，WGM レーザー発振固有のスペクトルが観測され，レーザー発振可能な品位の結晶性を有することを確認した。次年度以降電気特性の評価を行う予定である。また，Mgを添加したZnO微小球を作製して，Nd:YAGレーザーの3倍高調波で励起したところ，無添加の微小球より20 nm短波長でのレーザー発振を確認した。これはMgの添加によりバンド間エネルギーギャップを制御できるためであり，Mg濃度を調整することでより広い波長域でZnO微小球レーザーを実現できることが示された。
一方，現時点での電気励起を実現するため，不純物を添加しないZnO球を効率よく作る条件を確立できたので，このZnO球を用いてn型ZnO微小球とp型GaN薄膜とのヘテロ接合を利用した電気励起による発光実験を行った。その結果，電気励起に発光を確認することに成功した。
また，微小球をセンサとして応用するために，微小球自体の雰囲気を水とアルコールの混合溶媒にすることにより微小球周囲の屈折率を変化させて，WGMモード共振波長の変化を詳細に計測した。その際，微小球が液体の添加により移動することが実験上の大きな障害になった。これについては，スピンオングラスを用いて微小球の一部をシリカ薄膜中に埋めて固定する方法を考案した。これにより，屈折率変化によるWGMモード共振波長の変化を測定することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ドーピングによる特性の制御に関しては，アクセプタとして働くアンチモンをドーピングした場合でも，微小球ZnO結晶の作製に成功するとともに，マイクロラマン散乱によりアンチモンの添加を確認するとともに，光励起によりウィスパリングギャラリーモードによるレーザー発振も確認している。
また，ドーピングしていないZnO微小球とp型GaNとのヘテロ接合に置いて，p-n接合による整流性を確認するとともに，電気励起による発光にも成功している。
さらに，ZnO微小球の屈折率センサへの応用に関しては，測定系を構築して，微小球周囲の屈折率を変化して，ウィスパリングギャラリーモードの共振波長が変化することを確認している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き微小球の作製と特性の制御を行う。具体的には，昨年度までに作製に成功したアンチモンをドーピングしたZnO微小球について，n型ZnO膜およびp型ZnO膜とのヘテロ接合を形成し，電気特性を評価する。最終目標としては，作製条件などを最適化してp型ZnO微小球の作製を目指す。また，同様にアクセプタして期待されている燐をドープしたターゲットを用いて燐ドープZnO微小球の作製を試み，アンチモンドープの場合と同様に，p型ZnO微小球の作製を目指す。p型ZnO微小球の作製に成功した場合は，p型とn型のZnOによるホモp-n接合の作製を試みる。さらに，昨年度，ウィスパリングギャラリーモードによるZnO微小球のレーザ発振波長を，Mgのドーピングにより制御できることが確認されたので，Mgのドープ率を変化して，ドープ量とウィスパリングギャラリーモードによる発振波長の関係のデータベースを構築する。
一方，ZnO微小球の屈折率センサ応用に関しては，昨年に引き続き水とアルコールの混合比率を変えた溶液を用いて，ZnO微小球周囲の屈折率とウィスパリングギャラリーモード共振波長の関係を詳細に計測し，理論値との比較検討を行う。また，これまで微小球センサに利用されているガラスやポリスチレン微小球では測定ができない高屈折率液体の計測を初めて試みる。
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| Causes of Carryover |
購入予定であったサファイア基板等，運営費交付金等他予算にて購入したため，繰越額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
サファイア基板等購入予定．
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