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フォノン閉じ込めによる太陽電池エネルギー変換効率向上策の提案

研究課題

研究課題/領域番号 16K17511
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 結晶工学
研究機関千葉大学

研究代表者

MA BEI  千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (90718420)

研究協力者 石谷 善博  
三宅 秀人  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードフォノン / 窒化物 / 半導体 / GaN / LOPC / ラマン / 励起子 / キャリア / ダイナミクス
研究成果の概要

(1)AlGaN系量子井戸構造を想定し、フォノン局在性をパラメーターとして、光学フォノンと音響フォノンを比較した結果、光学フォノンのほうがキャリア取り出し率に最も影響することが判明した。
(2)高密度SiドープGaN薄膜において空間的な電子濃度分布
赤外反射スペクトルに基づき、フィッティング解析を行った結果、ホール測定で見積った電子濃度3E20 cm-3の試料(膜厚1μm)が深さ方向の電子濃度分布の変化がみられた。ラマン分光のスペクトルより、ドーピングによる結晶性劣化やSiのN位置の占有によるアクセプタ準位の形成や格子間位置へのドーピングによる表面方向への電子濃度低減が考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子井戸構造のフォノン・キャリア動的過程計算では、光学フォノンを制御することで、励起子発光の効率改善を示した。薄膜の測定結果では、電子濃度の空間的解析を行った。材料中の転位や不純物の空間濃度解析はそれらの制御、フォノンバンド構造制御等による空間的フォノン輸送制御に役に立つ。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (42件) (うち国際学会 16件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Enhanced photocurrent in InGaN/GaN MQWs solar cells by coupling plasmonic with piezo-phototronic effect2019

    • 著者名/発表者名
      3.Chunyan Jiang, Yan Chen, Jiangman Sun, Liang Jing, Mengmeng Liu, Ting Liu,Yan Pan, Xiong Pu, Bei Ma, Weiguo Hu, Zhong Lin Wang
    • 雑誌名

      Nano Energy

      巻: 57 ページ: 300-306

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2018.12.036

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electric-dipole absorption resonating with longitudinal optical phonon-plasmon system and its effect on dispersion relations of interface phonon polariton modes in metal/semiconductor-stripe structure2017

    • 著者名/発表者名
      Hironori Sakamoto, Eito Takeuchi, Kouki Yoshida, Ken Morita, Bei Ma, and Yoshihiro Ishitani
    • 雑誌名

      Journal of Physics D

      巻: 51

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Population decay and distribution of exciton states analyzed by rate equations based on theoretical phononic and electron-collisional rate coefficients2017

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Oki, Bei Ma, and Yoshihiro Ishitani
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.205204

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Raman study of the quantum interference of multiple discrete states and a continuum of states in the phonon energy region of semiconductors: examples of p-type Ga0.5In0.5P films2016

    • 著者名/発表者名
      Hironori Sakamoto, Bei Ma, Ken Morita and Yoshihiro Ishitani
    • 雑誌名

      Journal of Physics D

      巻: 49 号: 37 ページ: 375107-375107

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/37/375107

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical investigation of non-thermal equilibrium exciton dynamics in GaN based on hydrogen plasma model2016

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Iwahori, Bei Ma, Ken Morita, and Yoshihiro Ishitani
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 5S ページ: 05FM06-05FM06

    • DOI

      10.7567/jjap.55.05fm06

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Depth profile characterization technique of electron density in GaN films by infrared reflection spectra2016

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Kamijoh, Bei Ma, Ken Morita, and Yoshihiro Ishitani
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 5S ページ: 05FH02-05FH02

    • DOI

      10.7567/jjap.55.05fh02

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Excitation and de-excitation dynamics of excitons in a GaN film based on the analysis of radiation from high-order states2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ishitani, Kazuma Takeuchi, Naoyuki Oizumi, Hironori Sakamoto, Bei Ma, and Ken Morita, Hideto Miyake, and Kazumasa Hiramatsu
    • 雑誌名

      Journal of Physics D

      巻: 49 号: 24 ページ: 245102-245102

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/24/245102

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] GaNの深い準位の直接光励起による発光特性の考察2019

    • 著者名/発表者名
      菊地萌,上原大輔,馬ベイ, 森田健, 三宅秀人,石谷善博
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高濃度SiドープGaNの深さ方向結晶性の赤外およびラマン分光評価2019

    • 著者名/発表者名
      湯明川,馬ベイ, 森田 健, 上野耕平, 小林篤,藤岡洋,石谷善博
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] GaN,AlN,ZnOにおける励起子の非熱平衡解析2019

    • 著者名/発表者名
      大木健輔,野町健太郎,西川智秀,馬ベイ,森田健,石谷善博
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Interactions of phonon, electron, and photon in nitride semiconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ishitani, Kensuke Oki, Naomichi Saito, Tsubasa Yamakawa, Daisuke Uehara, Shungo Okamoto, Moe Kikuchi, Keisuke Ebisawa, Bojin Lin, Bei Ma, and Ken Morita
    • 学会等名
      Intensive Discussion on Growth of Nitride Semiconductors
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Statistics of excitonic energy states based on phonon-exciton-radiation model2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ishitani, Kensuke Oki, Tsubasa Yamakawa, Bojin Lin, Bei Ma, and Ken Morita
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 赤外分光法によるGaNの高電子密度層の空間分布評価2018

    • 著者名/発表者名
      湯明川, 馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      テラヘルツ科学の最先端V
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ラマン散乱マッピングによるInGaNの局所フォノン場評価2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤直道, 瀧口佳祐, 馬ベイ, 森田健, 飯田大輔, 大川和宏, 石谷善博
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会名古屋国際会議場
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ワイドギャップ半導体における励起子-フォノン系の非熱平衡解析2018

    • 著者名/発表者名
      大木健輔, 馬ベイ, 森田 健, 石谷 善博
    • 学会等名
      第2回フォノンエンジニアリング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フォノンプロセスを考慮した励起子ダイナミクス解析(PXRモデル)2018

    • 著者名/発表者名
      石谷 善博、大木 健輔、野町 健太郎、馬 ベイ、森田 健
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] GaN,AlN,ZnOにおける励起子の非熱平衡解析2018

    • 著者名/発表者名
      大木 健輔、野町 健太郎、西川 智秀、馬ベイ、森田 健、石谷 善博
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] GaAs/Auストライプ構造を用いたLOフォノン共鳴の赤外光輻射2018

    • 著者名/発表者名
      青木 伴晋、花田 昂樹、坂本 裕則、馬ベイ、森田 健、石谷 善博
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 半導体/金属ストライプ構造における電気双極子形成に伴う誘電関数変化2018

    • 著者名/発表者名
      坂本 裕則、馬ベイ、森田 健、石谷 善博
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ワイドギャップ半導体キャリア・フォノンダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      石谷善博,大木健輔,野町健太郎,馬ベイ,森田健
    • 学会等名
      第13回励起ナノプロセス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] GaNにおける定常状態励起子分子準位間遷移過程理論計算2017

    • 著者名/発表者名
      野町健太郎, 大木健輔, 馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁場下赤外反射分光によるInN電子有効質量の解析2017

    • 著者名/発表者名
      松本大、馬ベイ、森田健、福井一俊、木村真一、飯塚拓也、石谷善博
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] GaNにおける励起子及び自由キャリアの密度とレート係数の理論計算2017

    • 著者名/発表者名
      大木 健輔, 野町健太郎, 馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属/半導体複合構造におけるLOフォノン-プラズモン結合モード共鳴赤外光吸収とポラリトン損失2017

    • 著者名/発表者名
      竹内映人、坂本裕則、馬ベイ、森田健、石谷善博
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] AlN/金属ストライプ構造のラマン散乱スペクトルにおける A1-E1選択則の崩れに関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      坂本裕則,馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Phononic phenomenon in carrier dynamics and interaction with radiation in III-nitride materials2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ishitani, Bei Ma, Kensuke Okim Hironori Sakamoto, and Ken Morita
    • 学会等名
      3rd Intensive Discussion on Growth of Nitride Semiconductors (IDGN-3)
    • 発表場所
      Tohoku university, Japan
    • 年月日
      2017-01-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical calculation of rate coefficients, densities, and decay time of excitons and free carriers in GaN2017

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Oki, Kentaro Nomachi, Bei Ma, Ken Morita, and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      12th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-12)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interface phonon polariton propagation and LO phonon-resonant absorption of infrared lightin AlN/metal-composites2017

    • 著者名/発表者名
      H. Sakamoto Hironori Sakamoto, Bei Ma, Ken Morita and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      ICNS 12 - 12th International Conference on Nitride Semiconducto
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simulation of transient carrier-exciton-phonon energy transport in GaN2017

    • 著者名/発表者名
      Bei Ma and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      ICNS 12 - 12th International Conference on Nitride Semiconductors
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photonic function based on longitudinal optical phonon modes of semiconductors: infrared absorption control of composite materials and destructive quantum interferences2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishitani, H. Sakamoto, B. Ma, and K. Morita
    • 学会等名
      EMN Optoelectronics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dielectric interaction of infrared light and electron-phonon coupling system in metal/semiconductor composites2017

    • 著者名/発表者名
      E. Takeuchi, H. Sakamoto, B. Ma, K. Morita, and Y. Ishitani
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] C exciton and A exciton dynamic of m-plane GaN film2017

    • 著者名/発表者名
      Bei Ma, Tsubasa Yamakawa, and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Semiconductor Light Emitting Devices (ISSLED 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フォノンによるGaN励起子ダイナミクス過程への影響2017

    • 著者名/発表者名
      馬ベイ, 石谷善博
    • 学会等名
      第9 回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会 招待講演
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AlN/金属ストライプ構造における表面、界面ポラリトンモード観測2017

    • 著者名/発表者名
      坂本裕則,馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      第9 回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Introduction of biexciton processes into exciton dynamics simulation for GaN based on the phononic-excitonic-radiative model2017

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomachi, Ma Bei, Ken Morita, and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      International Workshop on UV materials and devices (IWUMD) 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phonon Engineering of Semiconductors in THz frequency region2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ishitani, Hironori Sakamoto, Eito Takeuchi, Bei Ma, and Ken Morita
    • 学会等名
      International Conference on Science and Engineering
    • 発表場所
      Yangon Myanmar
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic transition dynamics of deep levels in a p-GaN film analysed by time resolved PL measurements using two excitation laser beams2016

    • 著者名/発表者名
      Hla Myo Tun, Ryo Shouji, Bei Ma, Ken Morita, Kenji Shiojima
    • 学会等名
      International Conference on Science and Engineering
    • 発表場所
      Yangon Myanmar
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simulation of carrier-exciton-phonon dynamics in GaN in non-equilibrium state2016

    • 著者名/発表者名
      Bei Ma and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      Nitride Semiconductors (IWN 2016)
    • 発表場所
      Hilton Orlando Lake Buena Vista, Orlando, Florida
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exciton dynamics and stability of GaN in non-thermal equilibrium state by the analysis taking into account the higher-order exciton states2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ishitani, K. Takeuchi, T. Iwahori, K. Oki, K. Nomachi, B. Ma, K. Morita, H. Miyake, and K. Hiramatsu
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Seiconductors 2016 (IWN2016)
    • 発表場所
      Orland, U.S.A.
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] p 型Ga0.5In0.5P における高濃度p型ドープ試料におけるフォノン系電磁誘起透明化のスペクトル計算2016

    • 著者名/発表者名
      坂本裕則,馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      2016年第78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 実施状況報告書
  • [学会発表] 半導体/金属複合構造におけるLOフォノン-プラズモン結合モードでの赤外光吸収2016

    • 著者名/発表者名
      竹内映人,馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      2016年第78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 実施状況報告書
  • [学会発表] GaNにおける励起子・励起子分子準位間遷移過程の理論計算2016

    • 著者名/発表者名
      野町健太郎,岩堀友洋, 大木健輔, 馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      2016年第78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 実施状況報告書
  • [学会発表] フォノンの吸放出による電子・励起子系エネルギーの励起過程2016

    • 著者名/発表者名
      馬ベイ,三宅秀人,平松和政,石谷善博
    • 学会等名
      2016年第78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 実施状況報告書
  • [学会発表] Introducing of Biexciton Processes into Exciton Dynamics Simulation for GaN Based on Collisional Phononic and Radiative Model2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomachi, Tomohiro Iwahori, Kensuke Oki, Bei Ma, Ken Morita, and Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      CSW2016
    • 発表場所
      Toyama, Japan
    • 年月日
      2016-06-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum interference of three LO modes in p-type Ga0.5In0.5P: Contribution of a trigonal phonon mode2016

    • 著者名/発表者名
      Hironori Sakamoto, Bei Ma, Ken Morita, Yoshihiro Ishitani
    • 学会等名
      ISCS2016
    • 発表場所
      Toyama, Japan
    • 年月日
      2016-06-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GaNにおける定常状態励起子分子準位間遷移過程理論計算2016

    • 著者名/発表者名
      野町健太郎,岩堀友洋, 大木健輔, 馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      第8回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2016-05-09
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 非熱平衡状態におけるGaN励起子ダイナミクスの実験解析及び数値計算2016

    • 著者名/発表者名
      馬ベイ,竹内和真,三宅秀人,平松和政,石谷善博
    • 学会等名
      第8回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2016-05-09
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] ラマン散乱スペクトルにおけるファノ干渉を用いた窒化物半導体の正孔濃度評価モデルの検討2016

    • 著者名/発表者名
      坂本裕則、馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      第8回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2016-05-09
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] p-Ga0.5In0.5Pにおける複数種LOフォノン系量子干渉効果および、フォノン系電磁誘起透明化のスペクトル計算2016

    • 著者名/発表者名
      坂本裕則、馬ベイ, 森田健, 石谷善博
    • 学会等名
      第5回結晶成長未来塾
    • 発表場所
      東京農工大学小金井キャンパス(東京),
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 量子デバイス研究室

    • URL

      http://photonics.te.chiba-u.jp/jisseki.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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