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2016 Fiscal Year Annual Research Report

発光現象を強く増強・抑制できる光ナノ構造の提案と作製

Research Project

Project/Area Number 26706003
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小島 一信  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
KeywordsGaN
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、前年度までに確立した絶対輻射量子効率測定系を用いて、高品質GaN単結晶およびZnO単結晶の連続光励起およびパルス光励起下における効率評価を行った。このような実験は、GaNやZnOといった超ワイドバンドギャップ材料における、擬平衡状態および非平衡状態のキャリアダイナミクスを解明するために、非常に強力な方法になると考えられる。また、特にZnOにおいては、励起キャリア濃度を変化させることで、非輻射再結合中心のイオン化率が大きく変化することが分かった。これにより、励起条件に応じて、発光寿命と内部量子効率が連動して大きく変化することが明らかとなった。これは、当初想定していなかった原理に基づく、発光抑制の程度を制御させることができる新しい機構であると言える。また、絶対輻射量子効率測定は、光学評価一般の弱みである定量性を、積分球を用いることで克服するための、具体的な道筋を与える可能性を示すものとして考えられると言える。
一方、GaN等の材料に光ナノ構造を作製するために、加工プロセスの確立を目指した実験環境整備および条件の探索を開始した。光共振器の構造設計は数値計算によって既に完了しているため、これを実現するために必要なハードマスク堆積、電子線描画装置の描画条件探索、ドライエッチング条件の探索等を進めた。ハードマスクについては、SiO2を想定していた。また、ドライエッチングにおけるエッチャントガスには、塩素ガスを用いた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初想定していなかった、ZnOにおける非輻射再結合中心のイオン化率制御によって、発光抑制の程度を変調できることを見出したことは、大きな成果であると考えられる。しかしながら、光ナノ構造の作製については、東北大学内の共用装置を用いて進める必要があり、装置の制約や条件の安定性・再現性の確保などが課題となり、本年度内に完了することができなかった。このため、やや遅れていると判断せざるを得ない状況である。

一方、研究成果にもあるように、超ワイドギャップ半導体単結晶における内部量子効率の絶対値測定法の確立や、擬平衡/非平衡条件における発光寿命と内部量子効率の相関関係を明らかにするという、大きな成果を得た年度でもあった。これらは、発光の物理を光ナノ構造によって制御すること、さらにはそのような構造の評価を行うに当たり、極めて有用な測定方法および知見であると言える。

Strategy for Future Research Activity

1年の研究期間延長を行い、構造の作製プロセスを一貫して立ち上げたうえで、当初予定にあった光ナノ構造の作製を実施する。同時に、絶対輻射量子効率測定については、絶対評価の強みを活かして、単結晶における点欠陥評価への応用を検討したいと考えている。

  • Research Products

    (12 results)

All 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] A design strategy for achieving more than 90% of the overlap integral of electron and hole wavefunctions in high-AlN-mole-fraction AlxGa1-xN multiple quantum wells2017

    • Author(s)
      K. Kojima, K. Furusawa, Y. Yamazaki, H. Miyake, K. Hiramatsu, and S. F. Chichibu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 10 Pages: 015802-1, -4

    • DOI

      10.7567/APEX.10.015802

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Determination of absolute value of quantum efficiency of radiation in high quality GaN single crystals using an integrating sphere2016

    • Author(s)
      K. Kojima, T. Ohtomo, K. Ikemura, Y. Yamazaki, M. Saito, H. Ikeda, K. Fujito, S. F. Chichibu
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 120 Pages: 015704-1, -7

    • DOI

      10.1063/1.4955139

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Origin of Shockley-Read-Hall nonradiative recombination centers in (Al,Ga)N2017

    • Author(s)
      S. F. Chichibu, K. Kojima, and A. Uedono
    • Organizer
      The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Photonics West 2017
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2017-01-31 – 2017-02-02
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 窒化物半導体の絶対輻射量子効率計測2016

    • Author(s)
      小島一信,斉藤真,池田宏隆,藤戸健史,秩父重英
    • Organizer
      第4回アライアンス若手研究交流会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-11-09 – 2016-11-10
    • Invited
  • [Presentation] Quantification of absolute value of quantum efficiency of radiation in ZnO single crystals using an integrating sphere2016

    • Author(s)
      K. Kojima, T. Harada, A. Tsukazaki, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      The 9th International Workshop on ZnO and Related Materials (IWZnO2016)
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-10-30 – 2016-11-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High Quality Bulk GaN Crystal Grown by Acidic Ammonothermal Method2016

    • Author(s)
      M. Saito, Q. Bao, K. Kurimoto, D. Tomida, K. Kojima, Y. Kagamitani, R. Kayano, T. Ishiguro, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2016 (IWN2016)
    • Place of Presentation
      Orland, USA
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Quantifying absolute value of quantum efficiency of radiation in high quality GaN single crystals2016

    • Author(s)
      K. Kojima, T. Ohtomo, M. Saito, H. Ikeda, K. Fujito, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2016 (IWN2016)
    • Place of Presentation
      Orland, USA
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High Quality Bulk GaN Crystal Grown by Acidic Ammonothermal Method2016

    • Author(s)
      M. Saito, Q. Bao, K. Kurimoto, D. Tomida, K. Kojima, Y. Kagamitani, R.Kayano, T. Ishiguro, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-08-07 – 2016-08-12
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High Quality Bulk GaN Crystal Grown by Acidic Ammonothermal Method2016

    • Author(s)
      M. Saito, Q. Bao, K. Kurimoto, D. Tomida, K. Kojima, Y. Kagamitani, R. Kayano, T. Ishiguro, and S. F. Chichibu
    • Organizer
      9th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HTCMC-9) and Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development (GFMAT 2016)
    • Place of Presentation
      Toronto, Canada
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-07-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High Quality Bulk GaN Crystal Grown by Acidic Ammonothermal Method2016

    • Author(s)
      Q. Bao, M. Saito, K. Kurimoto, D. Tomida, K. Kojima, Y. Kagamitani, R. Kayano, T. Ishiguro and S. F. Chichibu
    • Organizer
      The 43rd International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2016)
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(石川県富山市)
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸性アモノサーマル法による高品位バルクGaN 結晶成長2016

    • Author(s)
      斉藤真,包全喜,栗本浩平,冨田大輔,小島一信,鏡谷勇二,茅野林造,石黒徹,秩父重英
    • Organizer
      第145回結晶工学分科会研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学,名古屋市
    • Year and Date
      2016-06-03 – 2016-06-03
    • Invited
  • [Presentation] 時間分解ルミネッセンス法によるGaNのキャリア寿命の評価2016

    • Author(s)
      秩父重英,小島一信,上殿明良
    • Organizer
      日本学術振興会先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会研究会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2016-05-09 – 2016-05-09
    • Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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