バイオテンプレート極限加工による3次元量子ナノ構造の作製と光学デバイスへの応用
Project/Area Number |
13J08639
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Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 国内 |
Research Field |
Microdevices/Nanodevices
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
田村 洋典 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2015)
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Budget Amount *help |
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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Keywords | GaAs / 光学特性 / エレクトロルミネッセンス / LED / 量子ドット / レーザ / バイオテンプレート技術 / 中性粒子ビーム技術 |
Outline of Annual Research Achievements |
3次元GaAs量子ナノ構造はGaAs/AlGaAs積層構造をドライエッチングすることにより作製する。その後、有機金属気相成長法により再成長を行う。最後に、電極を形成し3次元GaAs量子ナノディスク発光ダイオードを作製する。従来は、積層構造作製時のAlGaAsと同じAl濃度のAlGaAsキャップ層で再成長を行っていたが、この対称バリアのGaAs量子ナノ構造を用いて作製した発光ダイオード(LED)は100K付近において電流注入による発光が消失した。 そこで、積層構造作製時のAlGaAsよりも高いAl濃度のAlGaAsを用いてキャップ層の再成長を行った。埋め込み再成長のAlGaAsのAl濃度を上げることで、GaAs量子ナノ構造の周りの障壁高さは平面方向よりも垂直方向の方が高くなる。この非対称バリアのGaAs量子ナノ構造を用いて作製した発光ダイオードでは、室温においても電流注入による発光を確認することができた。 実際に作製した次元GaAs量子ナノ構造の障壁高さをシミュレーションにより計算した。その結果、対称形バリアの3次元GaAs量子ナノ構造では平面方向及び垂直方向ともに同じバリア高さであるという結果が得られた。一方で、非対称形バリアの3次元GaAs量子ナノ構造の場合では、Al濃度の低いバリアから電流が注入され量子ナノ構造にて再結合をすることがわかった。さらに、高濃度AlのAlGaAsバリアで囲まれているため、バリアと量子ナノ構造のエネルギー準位の差が開いている。そのため、深い閉じ込めによってキャリアがバリアに抜けてにくく、その結果室温まで動作することがわかった。 以上のように、本年度はAl濃度の高いAlGaAsバリア層で埋め込み再成長を行うことで、室温で発光する3次元GaAs量子ナノ構造LEDの作製に成功した。また、このメカニズムを解明した。
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Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(56 results)
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[Journal Article] Light-Emitting Devices Based on Top-down Fabrication GaAs Quantum Nanodisks2015
Author(s)
A. Higo, T. Kiba, Y. Tamura, C. Thomas, J. Takayama, Y. Wang, H. Sodabanlu, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Issue: 1
Pages: 9371-9371
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Quantum size effect in GaAs nanodisks fabricated using a combination of the bio-template technique and neutral beam etching2013
Author(s)
Y. Tamura, T. Kaizu, T. Kiba, M. Igarashi, R. Tsukamoto, A. Higo, W. Hu, C. Thomas, M. E. Fauzi, T. Hoshii, I. Yamashita, Y. Okada, A. Murayama, S. Samukawa
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Journal Title
NANOTECHNOLOGY
Volume: 24巻
Issue: 28
Pages: 285301-285301
DOI
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Peer Reviewed
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[Presentation] Fabrication of InGaAs quantum nanodisk light-emitting diodes by fusion top-down process of bio-template and neutral beam etching2015
Author(s)
A. Higo, C. Thomas, T. Kiba, J. Takyama, C.Y. Lee, Y. Tamura, I. Yamashita, M. Sugiyama, Y. Nakano, A. Murayama, S. Samukawa
Organizer
The 2015 European Materials Research Society Fall meeting
Place of Presentation
ワルシャワ(ポーランド)
Year and Date
2015-09-15
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[Presentation] Quantum GaAs Nanodisk Light Emitting Diode Fabricated by Ultimate Top-down Neutral Beam Etching2014
Author(s)
A. Higo, Y. Tamura, C. Thomas, T. Kiba, Y. wang, H. Sodabanlu, J. Takayama, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
Organizer
24th International Semiconductor Laser Conference
Place of Presentation
パルマ(スペイン)
Year and Date
2014-09-09
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[Presentation] Fabrication of InGaAs Quantum Nanodisk Array by using Bio-Template and Top-Down Etching process2014
Author(s)
K. Yoshikawa, A. Higo, C. Y. Lee, Y. Tamura, C. Thomas, T. Kiba, S. Ishii, H. Sodabanlu, Y. Wang, M. Sugiyama, Y. Nakano, I. Yamashita, A. Murayama and S. Samukawa
Organizer
14th IEEE International Conference on Nanotechnology
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トロント(カナダ)
Year and Date
2014-08-19
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Organizer
The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference 2014
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北海道大学(北海道)
Year and Date
2014-07-30
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Organizer
2013 International Conference on Solid State Devices and Materials
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ヒルトン福岡シーホーク(福岡県)
Year and Date
2013-09-25
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Y. Tamura, A. Higo, T. Kiba, W. Yunpeng, M. Igarashi, C. Thomas, W. Hu, M. E. Fauzi, A. Murayama, M. Sugiyama, Y. Nakano, S. Samukawa
Organizer
The 13^<th> IEEE International Conference on Nanotechnology
Place of Presentation
北京、中国
Year and Date
2013-08-08
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