2011 Fiscal Year Annual Research Report
窒化物半導体ナノ構造のキャリアダイナミクスと集団配列効果
Publicly Offered Research
| Project Area | Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors |
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23104725
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
江馬 一弘 上智大学, 理工学部, 教授 (40194021)
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| Keywords | 窒化物半導体 / 光キャリアダイナミクス / 光のアンダーソン局在 / ランダムレージング |
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| Research Abstract |
本研究では、窒化物半導体GaN、InN、InGaNのナノコラム構造での、(A)動的電子相関効果とダイナミクス、および、(B)ナノコラムが多数配列したときのマクロな光学応答、の2点に着目する。ナノコラムとは、直径100nm程度、高さ1μm程度の柱状結晶である。このような中間的サイズ、および、特徴的な形状に起因する動的電子相関効果を明らかし、それがもたらす特異な光現象・光機能を引き出すことを、(A)の目的とする。また、このサイズは、半導体自身の共鳴波長と同程度であるため、集団での配列の仕方はマクロな光学応答に大きな影響を及ぼす。したがって、ナノ構造体が多数配列したときの集団効果としての光学応答を解明することを、(B)の目的とする。特に、規則配列からずれたランダム性に関する研究に重点を置く。また、ナノコラムの無転位と無歪みという結晶性の良さも生かして、本質的な特性を確実に抽出し、特徴的なサイズ・形状、および配列が及ぼすナノ構造の光物理を解明する。
今年度は特に,光のアンダーソン局在とランダムレージングに着目した.ランダムに配列したナノコラムでは、光のアンダーソン局在が起きる可能性が高い。すでに、局在の特性を表す擬ギャップマップの作成に成功しており、ナノコラムの半径を決めると、どの充填率で局在が強くなるかを知ることが可能となった。また、光局在の解析を行った結果、充填率の低い試料ではミー散乱共鳴が重要となり、充填率の高い試料においての光局在は、フォトニック効果の助けを借りていることが判明している。本年度は、光局在の全体像の理解を深めるために、局在長と試料サイズの関係、局在のスケーリング則などの数値的な解析を進めた。さらに、実際のナノコラム試料のパラメータを用いて、吸収や利得がある場合の光局在の振る舞いを詳細に調べ、ランダムレージングの実験と比較することで、光局在からランダムレーザーまでの光学特性の解明を行った。
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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
研究目的(B)に関しては,光のアンダーソン局在の全体像の理解に成功し,アンダーソン局在とランダムレージングの関係の解明も進展したので,当初の予定よりも進展している.ただ,研究目的(A)の方は少し遅れているため,全体としては,(2)の達成度と評価できる.
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| Strategy for Future Research Activity |
若干遅れ気味の研究目的(A)に関して,これまでに行ったサイズ・形状に依存する研究を発展させ、ナノコラムという特徴的な形状に起因する動的電子相関効果を明らかにすることを重点的に推進する。発現した特異な光現象・光機能を整理し、さらに応用に繋げていく指針を築く。
研究目的(B)に関しては,フォトニック構造から完全ランダム配置まで、配置を連続変化させた場合の光学特性を解明する.24年度はフォトニックからランダムまで、ランダム性を少しずつ導入した系を作成し、その光学特性を詳細に調べる。実験結果と数値計算を比較し、ランダムとフォトニックの間の光学特性の理解を完全なものにする。実際に、規則配置でのフォトニックレーザー発振も確認しているが[4]、フォトニックレーザーとランダムレーザーのクロスオーバーを調べ、最も効率の良いレーザー発振の配置とそのメカニズムを解明する。
上記2点が順調に進めば,配列効果の研究をInGaN/GaNナノコラムとInNナノコラムに発展させる.GaNナノコラムだけでなく、InGaN/GaNの量子ディスクを含むナノコラム、およびInNナノコラムについても、同様の集団配列効果の研究を行う。
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