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半導体における希土類発光機能のフォトン場制御

研究課題

研究課題/領域番号 17H01264
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関大阪大学

研究代表者

藤原 康文  大阪大学, 工学研究科, 教授 (10181421)

研究分担者 舘林 潤  大阪大学, 工学研究科, 講師 (40558805)
市川 修平  大阪大学, 工学研究科, 助教 (50803673)
児島 貴徳  大阪大学, 工学研究科, 助教 (70725100)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2018年度)
配分額 *注記
44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)
2018年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
2017年度: 20,800千円 (直接経費: 16,000千円、間接経費: 4,800千円)
キーワード希土類元素 / フォトン場制御 / 発光機能
研究実績の概要

研究代表者は、従来の発光ダイオード(LED)とは全く発光原理が異なる、ユウロピウム(Eu)添加GaN (GaN:Eu)を用いた窒化物半導体狭帯域赤色LEDの開発に、世界に先駆けて成功している。本研究では、これまでの伝導帯・価電子帯間のインターバンド遷移による発光機能ではなく、希土類元素特有のイントラセンター遷移による発光機能に着目した「半導体イントラ・フォトニクスの開拓」を目的としている。この日本発オリジナルである「Eu添加GaNを用いた赤色LED」の超高輝度化を当面の目標に、半導体への原子レベル制御Eu添加手法を基盤として、フォトン場によるEu発光機能の究極的制御を実証することを目指している。 今年度に得られた成果は下記の通りである。
【課題2】Eu添加GaNマイクロ光共振器の作製とEu発光機能の操作:Eu発光強度の増大を目的に、成長用基板をサファイアからn型GaNに変更し、LEDを作製する要素技術の確立に取り組んだ。Eu 発光波長に近い621.5 nmで最大反射率98.1 %を示すn型DBR の作製に成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 12件、 査読あり 12件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 7件、 招待講演 17件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Lehigh University/West Chester University/Ohio University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Hanyang University(韓国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Amsterdam(オランダ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Lehigh University/West Chester University/Ohio University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Hanyoung University(韓国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Perspective: Highly efficient GaN-based red LEDs using europium doping2018

    • 著者名/発表者名
      B. Mitchell, V. Dierolf, T. Gregorkiewicz, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 123 号: 16

    • DOI

      10.1063/1.5010762

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Growth and optical characteristics of Tm-doped AlGaN layer grown by organometallic vapor phase epitaxy2018

    • 著者名/発表者名
      J. Takatsu, R. Fuji, J. Tatebayashi, D. Timmerman, A. Lesage, T. Gregorkiewicz, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 123 号: 16

    • DOI

      10.1063/1.5011303

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantitative study of energy-transfer mechanism in Eu,O-codoped GaN by time-resolved photoluminescence spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Inaba Tomohiro、Kojima Takanori、Yamashita Genki、Matsubara Eiichi、Mitchell Brandon、Miyagawa Reina、Eryu Osamu、Tatebayashi Jun、Ashida Masaaki、Fujiwara Yasufumi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 123 号: 16 ページ: 161419-161419

    • DOI

      10.1063/1.5011283

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of In segregation in InGaN by using Eu as a probe2017

    • 著者名/発表者名
      J. Takatsu, B. Mitchell, A. Koizumi, S. Yamanaka, M. Matsuda, T. Gregorkiewicz, T. Kojima, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 470 ページ: 831-834

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2016.12.101

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface morphology and optical properties of Eu3+ ions incorporated into N-polar GaN grown by organometallic vapor phase epitaxy2017

    • 著者名/発表者名
      R. Fuji, B. Mitchell, A. Koizumi, T. Inaba, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 470 ページ: 862-865

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2017.01.015

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Emission enhancement and its mechanism of Eu-doped GaN by strain engineering2017

    • 著者名/発表者名
      T. Inaba, B. Mitchell, A. Koizumi, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 7 号: 4 ページ: 1381-1387

    • DOI

      10.1364/ome.7.001381

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-power Eu-doped GaN red LED based on a multilayer structure grown at lower temperatures by organometallic vapor phase epitaxy2017

    • 著者名/発表者名
      W. Zhu, B. Mitchell, D. Timmerman, A. Koizumi, T. Gregorkiewicz, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      MRS Advances

      巻: 2 号: 3 ページ: 159-164

    • DOI

      10.1557/adv.2017.67

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of a Novel Liquid Eu Precursor EuCppm2 Allowing for the Control of the Eu Oxidation State Ratio in GaN Thin Films Grown by OMVPE2017

    • 著者名/発表者名
      B. Mitchell, A. Koizumi, T. Nunokawa, Y. Kuboshima, T. Mogi, S. Higashi, K. Kikukawa, H. Ofuchi, T. Honma, and Y. Fujiwara
    • 雑誌名

      Materials Chemistry and Physics

      巻: 193 ページ: 140-146

    • DOI

      10.1016/j.matchemphys.2017.02.021

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Charge state of vacancy defects in Eu-doped GaN2017

    • 著者名/発表者名
      B. Mitchell, N. Hernandez, D. Lee, A. Koizumi, Y. Fujiwara, and V. Dierolf
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.064308

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pathway towards high-efficiency Eu-doped GaN light-emitting diodes2017

    • 著者名/発表者名
      I. E. Fragkos, C.-K. Tan, V. Dierolf, Y. Fujiwara, and N. Tansu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-017-15302-y

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Physics of efficiency droop in GaN:Eu light-emitting diodes2017

    • 著者名/発表者名
      I. E. Fragkos, V. Dierolf, Y. Fujiwara, and N. Tansu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-017-17033-6

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Re-excitation of trivalent europium ions doped into gallium nitride revealed through photoluminescence under femtosecond pulsed excitation2017

    • 著者名/発表者名
      W. Zhu, R. Wei, D. Timmerman, T. Gregorkiewicz, B. Mitchell, Y. Fujiwara, and V. Dierolf
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 5 号: 3 ページ: 875-880

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.7b01090

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Demonstration of red vertical-microcavity LEDs with Eu-doped GaN as an active layer2018

    • 著者名/発表者名
      K. Shiomi, T. Inaba, J. Tatebayashi, and Y. Fujiwara
    • 学会等名
      6th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications 2018 (LEDIA2018), Pacifco Yokohama, Japan, April 23-27
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Eu添加GaNを用いた波長超安定・狭帯域赤色LEDの開発2018

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第38回年次大会、25aIV-2、京都市勧業館みやこめっせ、京都市左京区、1月24 -26日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Eu添加GaN 波長超安定・狭帯域赤色発光ダイオードの新展開2018

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      日本材料学会平成29年度第4回半導体エレクトロニクス部門委員会第1回講演会・見学会、1-3、徳島大学常三島キャンパス工業会館メモリアルホール、徳島市、1月27日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 狭帯域・波長超安定Eu添加GaN赤色発光ダイオードの新展開 ~特異構造制御とフォトン場制御~2018

    • 著者名/発表者名
      藤原康文、稲葉智宏、朱婉新、舘林潤
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会春季学術講演会シンポジウム「窒化物半導体特異構造の科学 ~格子欠陥はどこまで制御できるのか:先端評価と機能探索~」、19p-E202-2、早稲田大学西早稲田キャンパス、東京都新宿区、3月17-20日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Challenge to highly efficient wavelength-stable red light-emitting diodes using Eu-doped GaN2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara
    • 学会等名
      2017 International Advanced Laser Application Summit Forum, Shenzhen University, Shenzhen, China, May 21-22
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Challenge to highly efficient wavelength-stable red light-emitting diodes using Eu-doped GaN2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara, T. Inaba, W. Zhu, B. Mitchell, T. Kojima, and T. Gregorkiewicz
    • 学会等名
      12th International Conference on Nitride Semiconductors, Strausbourg, France, July 24-28
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Intrinsic and extrinsic control of Eu luminescence in GaN for highly efficient wavelength-stable narrow-band red light-emitting diodes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara, T. Inaba, W. Zhu, B. Mitchell, T. Gregorkiewicz, and J. Tatebayashi
    • 学会等名
      6th International Workshop on Epitaxial Growth and Fundmental Properties of Semiconductor Nanostructures, Como, Italy, September 25-28
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] New development of Eu-doped GaN narrow-band red light-emitting diodes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara, T. Inaba, W. Zhu, B. Mitchell, T. Gregorkiewicz, and J. Tatebayashi
    • 学会等名
      Satellite Workshop of Kanamori Memorial Symposium - Recent Progress in Materials Science for Spintronics and Energy Applications-, Osaka University, Osaka, October 2-3
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] New development of narrow-band red LEDs using Eu-doped GaN - Intrinsic control and extrinsic control -2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara
    • 学会等名
      International Thin Films Conference (TACT2017), C-I-0630, National Dong Hwa University, Hualien, Taiwan, October 15-18
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Towards highly efficient GaN-based red light-emitting diodes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara
    • 学会等名
      AEARU Advanced Materials Science Workshop 2017, Osaka University, Osaka, Japan, November 1
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Eu添加GaN狭帯域赤色LEDの新展開2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文、稲葉智宏、朱婉新、児島貴徳、舘林潤
    • 学会等名
      第368回蛍光体同学会、化学会館ホール、東京都千代田区、6月2日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 希土類添加半導体の新展開:窒化物半導体狭帯域赤色LED2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      第65回 CVD 研究会 (第28回夏季セミナー) 、プラザ洞津、三重県津市、8月8日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 希土類添加GaNによる赤色LEDとレーザーの可能性2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      第1回可視光半導体レーザー調査委員会(兼VLDAC第11回半導体レーザー専門委員会)、大阪大学吹田キャンパス、吹田市、10月4日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体ナノワイヤの光機能と新展開2017

    • 著者名/発表者名
      舘林潤、藤原康文、荒川泰彦
    • 学会等名
      日本学術振興会第125委員会第238回研究会、キャンパスプラザ京都、京都市下京区、10月25日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Eu 添加 GaN 波長超安定・狭帯域赤色 LED の新展開2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文、稲葉智宏、朱婉新、舘林潤
    • 学会等名
      日本金属学会第5回エレクトロニクス薄膜材料研究会「電子・情報・エネルギー素子と機能材料の最近の研究(5)」、兵庫県立大学姫路工学キャンパス、姫路市、11月2日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ここまでできた狭帯域赤色LED、そのキラーアプリは?2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      日本レーザー学会第5回光感性専門委員会、大阪大学吹田キャンパス、吹田市、11月13日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 窒化物半導体波長超安定・狭帯域赤色LEDの新展開2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      平成29年度神戸大学物性実験研究室セミナー、神戸大学滝川記念学術交流会館、神戸市灘区、12月3日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Eu添加GaNを用いた波長超安定・狭帯域赤色LEDの開発2017

    • 著者名/発表者名
      藤原康文
    • 学会等名
      平成29年度JLEDS技術委員会JLEDSセミナー、LED照明推進協議会、東京都港区、12月8日
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 大阪大学藤原研究室

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse6/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [備考] 大阪大学藤原研究室紹介動画

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse6/?video

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-06-07  

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