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窒化物半導体多孔質ナノ構造の電気化学的形成と機能化による可視光応答光触媒への応用

研究課題

研究課題/領域番号 14J01371
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関北海道大学

研究代表者

熊崎 祐介  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードGaN / 多孔質構造 / 電気化学エッチング / 異方性エッチング / 可視光応答光触媒 / 二段階ウェットエッチングプロセス / Franz-Keldysh効果
研究実績の概要

平成28年度は、引き続きGaN多孔質ナノ構造の形状制御性の向上に向けた検討を行うとともに、GaN多孔質ナノ構造の構造特性と光電気化学特性の相関を系統的に調べ最適構造の模索を行った。主たる成果を以下に示す。
1. GaN多孔質ナノ構造の形状制御性の向上を目的として、電気化学エッチング条件の最適化を行った。直線的な孔が形成され深い孔の形成に有利な条件である電圧10 Vでは配列密度が上がらず、15 Vまで電圧を上げると配列密度は大きくなるものの直線的な孔の形成は困難であった。そこで、最初に15 Vで高密度のピットを形成し、その後10 Vでエッチングを進行させたところ、配列密度及び孔深さを共に高い値を持つ直線性多孔質ナノ構造の形成に成功した。この結果から、電気化学エッチングは他のプロセスでは実現できないほどの高密度、高アスペクト比のナノ構造形成が可能であることを見出した。
2. 昨年度確立した二段階異方性エッチングプロセスにより作製したGaN多孔質ナノ構造について光電気化学特性を調べた。孔径が30 nm以下では孔径の増加と共に外部量子効率が増加し、孔径30 nmで91 %と極めて高い値が達成された。しかし、孔径が30 nm以上になると外部量子効率が80 %程度まで減少した。これは孔径の増加と共に孔壁幅が減少し、空乏層の電界が減少することが原因と考えられた。そのため、高い変換効率の達成には孔壁幅を空乏層幅と一致するよう設計する必要があり、数ナノメートルオーダーで制御できる本手法の優位性を明らかにした。
3. 疑似太陽光による水分解とガスクロマトグラフィによる生成ガスの定量分析を行うことで光触媒特性を評価した。多孔質ナノ構造電極では無加工電極に比べて光電流値が増加し、さらに光電流量に対する水素ガス生成量の割合(ファラデー効率)が増加することがわかった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Interface control technologies for high-power GaN transistors: Self-stopping etching of p-GaN layers utilizing electrochemical reactions2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Kumazaki, M. Edamoto, M. Akazawa, T. Hashizume
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 9748

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電気化学加工技術を利用したAlGaN/GaNヘテロ構造の低損傷リセスエッチング2016

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 植村 圭佑, 佐藤 威友
    • 雑誌名

      電子情報通信学会信学技報

      巻: 116 ページ: 45-50

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Formation of GaN porous structures with improved structural controllability by photoassisted electrochemical etching2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumazaki, Z. Yatabe, and T. Sato
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 4S ページ: 04EJ12-04EJ12

    • DOI

      10.7567/jjap.55.04ej12

    • NAID

      120005981365

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Large photocurrents in GaN porous structures with a redshift of the photoabsorption edge2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Kumazaki, H. Kida, A. Watanabe, Z. Yatabe and S. Matsuda
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 31 号: 1 ページ: 014012-014012

    • DOI

      10.1088/0268-1242/31/1/014012

    • NAID

      120005905606

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bias-dependent Photoabsorption Properties of GaN Porous Structures under Back-side Illumination2015

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, H. Kida, Y. Kumazaki, and Z. Yatabe
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 69 号: 2 ページ: 161-166

    • DOI

      10.1149/06902.0161ecst

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 分光電気化学法によるGaN/電解液界面の評価とナノ構造形成への応用2015

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 渡部 晃生, 谷田部 然治, 佐藤 威友
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 115 ページ: 63-68

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of GaN-Porous Structures Using Photo-Assisted Electrochemical Process in Back-Side Illumination Mode2015

    • 著者名/発表者名
      A. Watanabe, Y. Kumazaki, Z. Yatabe, and T. Sato
    • 雑誌名

      ECS Electrochemical Letters

      巻: 4 号: 5 ページ: H11-H13

    • DOI

      10.1149/2.0031505eel

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation between Structural and Photoelectrochemical Properties of GaN Porous Nanostructures Formed by Photo-Assisted Electrochemical Etching2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumazaki, A. Watanabe, Z. Yatabe, and T. Sato
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 141 号: 10 ページ: H705-H709

    • DOI

      10.1149/2.1101410jes

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 電気化学加工技術を利用したAlGaN/GaNヘテロ構造の低損傷リセスエッチング2016

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 植村 圭佑, 佐藤 威友
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • 発表場所
      京都大学 桂キャンパス
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Precise Structural Tuning of Porous GaN Using Two-Step Anisotropic Etching for Optical and Photo-Electric Applications2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumazaki, S. Matsumoto, T. Sato
    • 学会等名
      2016 Pacific Rim Meeting on Electrochemistry and Solid State Science (PRiME 2016)
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AlGaN/GaNヘテロ構造の光電気化学特性と低損傷加工技術への応用2016

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 植村 圭佑, 佐藤 威友
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 異方性ウェットエッチングによるGaN多孔質構造の作製と光学特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 松本 悟, 佐藤 威友
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工科大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Size-Controlled Formation of High-Aspect Ratio Porous Nanostructures on GaN Substrates Utilizing Photo-Assisted Electrochemical Etching for Photovoltaic Applications2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumazaki, Z. Yatabe, T. Sato
    • 学会等名
      2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of Self-aligned Pore Arrays on n-GaN Substrates by Photo-assisted Electrochemical Etching Process2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumazaki, T. Sato, Z. Yatabe
    • 学会等名
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-09-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cu2O/GaNヘテロ構造の電気化学形成と光学的特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 近江 沙也夏, 谷田部 然治, 佐藤 威友
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋期学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 分光電気化学法によるGaN/電解液界面の評価とナノ構造形成への応用2015

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介, 渡部 晃生, 谷田部 然治, 佐藤 威友
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • 発表場所
      豊橋技科大学
    • 年月日
      2015-05-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 電気化学堆積法によるCu2O/GaNヘテロ構造の形成と特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 電気化学エッチングによるGaN多孔質構造の形成と形状制御の向上2014

    • 著者名/発表者名
      熊崎 祐介
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋期学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Correlation between Structural and Optical Properties of GaN Porous Structures Formed by Photo-assisted Electrochemical Etching2014

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kumazaki
    • 学会等名
      The International Workshop on Nitride Semiconductors 2014 (IWN2014)
    • 発表場所
      WROCLAW (POLAND)
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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