InNをベースとした長波長円偏光半導体レーザ創製に関する研究

• 研究課題/領域番号: 19032006
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 朝日 一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (90192947)
• 研究分担者: 長谷川 繁彦 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50189528) ; 江村 修一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (90127192) ; 周 逸凱 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60346179)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 7,600千円 (直接経費: 7,600千円); 2008年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円); 2007年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
• キーワード: 窒化物半導体 / スピンエレクトロニクス / 光物性 / 結晶工学 / MBE

研究概要

本研究では、InN窒化物半導体の潜在能力を活かし、長波長かつ円偏光の発光デバイスの創製を目指すものであり、そのためにInN, InGaNに遷移金属または希土類元素を添加して室温強磁性半導体を創製する。本年度は、プラズマ励起M3E法によりInCrN, GaGdNの低温成長、GaGdN/GaN超格子構造、GaDyN, InGaGdNの結晶成長とその評価を中心に研究を進め、次の成果を得た。
(1)遷移金属Cr添加InCrNの成長においては、350℃と低温で成長することにより、CrがInサイトを置換したInCrNが成長できることが分かった。(2)強磁性半導体GaGdNと非磁性半導体GaNからなるGaGdN/GaN超格子構造を成長し、相対的にGaGdN層が薄い場合にキャリア誘起による磁気モーメントの増大が観測された。(3)GaGdNを300℃の低温で成長することにより、Gd濃度を12.5%まで増加させることが可能となり、磁化の増大が観測された。GaGdN低温成長中にSiを共添加することにより、キャリア誘起強磁性の効果で更に磁化を増大させられることが分かった。(4)希土類原子Dy添加を添加したGaDyNでは、室温での強磁性、PL発光を観測すると共に、MCD測定においてGaNバンド端でのMCD信号の増大が観測された。(5)InGaNにGdを添加したInGaGdNの成長を試み、その成長を確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural and magnetic properties of GaGdN/GaN superlattice structures (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Zhou, S. W. Choi, S. Kimura, S. Emura, S. Hasegawa, and H. Asahi
  • 雑誌名: Thin Solid Films (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal growth and characterization of GaCrN nanorods on Si substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tambo, S. Kimura, Y. Yamauchi, Y. Hiromura, S. Emura, S. Hasegawa, and H. Asahi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural properties of AlCrN, GaCrN and InCrN (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, K. Tokuda, Y. K. Zhou, S. Emura, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 雑誌名: J. Crystal Growth (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of aligned CrN nanoclusters in Cr-delta-doped GaN (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Zhou, S. Kimura, S. Emura, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens. Matter 21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of Gal-xCrxN and Si-doping effects studied by photoemission and X-ray absorption spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: G. S. Song, M. Kobayashi, J. I. Hwang, T. Kataoka, M. Takizawa, A. Fujimori, T. Ohkouchi, Y. Takeda, T. Okane, Y. Saitoh, Yamagami, F.-H. Chang, L. Lee, H-J. Lin, D. J. Huang, C. T. Chen, S. Kimura, M. Funakoshi, S. Hasegawa, and H. Asahi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and characterization of InCrN and(In,Ga,Cr)N (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, S. Emura, K. Tokuda, Y. Hiromura, S. Hayakawa, Y. K. Zhou, S. Hasegawa, and H. Asahi
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol.(c) 5 ページ: 1532-1535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large magnetization in high Gd concentration GaGdN and Si-doped GaGdN grown at low temneratures (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Zhou, S. W. Choi, S. Emura, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 92
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature molecular-beam epitaxy growth of cubic GaCrN (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, S. Emura, Y. Yamauchi, Y. K. Zhou, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 310 ページ: 40-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature molecular-beam epitaxy growth of cubic GaCrN (2008)
  • 著者名/発表者名: S., Kimura
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 310 ページ: 40-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large magnetization in high Gd concentration GaGdN and Si-doped GaGdN grown at low temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.K., Zhou
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 92
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and characterization of InCrN and (In,Ga,Cr)N (2008)
  • 著者名/発表者名: S., Kimura
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol. (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Gd concentration GaGdN grown at low temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.K., Zhou
  • 雑誌名: Journal of Superconductivity and Novel Magnetism (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular-beam epitaxy growth and characterization of ferromagnetic cubic GaCrN on GaAs substrate (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Kobayashi
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 308 ページ: 58-62
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and Characterization of Ferromagnetic Cubic GaCrN: Structural and magnetic properties (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Kimura
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 301-302 ページ: 651-655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cr atom alignment in Cr-delta-doped GaN (2007)
  • 著者名/発表者名: S., Kimura
  • 雑誌名: American Institute of Physics CP 882 ページ: 410-412
• [学会発表] Ferromagnetism and Luminescence of Diluted Magnetic Semiconductors GaGdN and AlGdN (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Emura, M. Takahashi, H. Tambo, T. Nakamura, Y. K Zhou, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 学会等名: 2008 Matedals Research Society Fall Meeting
  • 発表場所: ボストン(米国)(招待講演)
  • 年月日: 2008-12-02
• [学会発表] Growth and characterization of transition-metal and rare-earth doped III-nitride based magnetic semiconductors for nano-spintronics (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Asahi, S. Hasegawa, S. Emura and Y. K. Zhou
  • 学会等名: 4th Handai Nanoscineoe and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2008-10-01
• [学会発表] Crystal growth and characterization of GaCrN nanorods on Si substrate (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tambo, S. Kimura, Y. Yamauchi, Y. Hiromura, S. Emura, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Growth of III-Nitrides
  • 発表場所: 伊豆
  • 年月日: 2008-10-01
• [学会発表] Magnetic properties of GaGdN studied by SQUID and SX-MCD (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi, Y. K. Zhou, S. Emura, T. Nakamura, S. Hasegawa, and H Asahi
  • 学会等名: 5th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Semiconductors
  • 発表場所: Foz do Iguacu(ブラジル)
  • 年月日: 2008-08-05
• [学会発表] Annealing effect in GaDyN on optical and magnetic properties (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Zhou, M. Takahashi, S. Emura, S. Hasegawa, H. Asahi
  • 学会等名: 5th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Semiconductors
  • 発表場所: Foz do Iguacu(ブラジル)
  • 年月日: 2008-08-04
• [学会発表] Structural properties of AlCrN, GaCrN and InCrN (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, K. Tokuda, Y. K. Zhou, S. Emura, S. Hasegawa, and H. Asahi
  • 学会等名: 15th International Conference on Molecular Beam Epitaxy
  • 発表場所: バンクーバー(カナダ)
  • 年月日: 2008-08-04
• [学会発表] Third magnetic phase of GaGdN detected by SX-MCD (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi, Y. Hiromura, S. Emura, T. Nakamura Y. K. Zhou, S. Hasegawa, and H Asahi
  • 学会等名: 29th International Conference on Physics of Semiconductors
  • 発表場所: リオデジャネイロ(ブラジル)
  • 年月日: 2008-07-30
• [学会発表] Orbital ordering on dilute Cr3+ions doped in GaN (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Emura, S. Kimura, K. Tokuda, Yi-Kai Zhou, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 学会等名: 29th International Conference on Physics of Semiconductors
  • 発表場所: リオデジャネイロ(ブラジル)
  • 年月日: 2008-07-29
• [学会発表] Formation of aligned CrN nano-clusters in Cr-delta-doped GaN (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. K. Zhou, S. Kimura, S. Emura, S. Hasegawa and H. Asahi
  • 学会等名: International Conference on Quantum Simulators and Design 2008
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-06-01
• [学会発表] GdをドープしたGaNナノロッドの成長と局所構造評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 亀岡恒志
  • 学会等名: 第55回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] Si基板上GaCrNナノロッドの作製とその評価(2) (2008)
  • 著者名/発表者名: 丹保浩行
  • 学会等名: 第55回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] 四元混晶(Al,Ga,Cr)Nの結晶成長とその局所構造評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 徳田克彦
  • 学会等名: 第55回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-29
• [学会発表] GaGdN薄膜のSX-MCDによる磁性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋政寛
  • 学会等名: 第55回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] GaDyNの結晶成長及びその物性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 周逸凱
  • 学会等名: 第55回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] 四元混晶(In,Ga,Cr)Nの結晶成長とその物性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 木村重哉
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] 低温成長アンドープGaGdN及びSiドープGaGdNの諸特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 周逸凱
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] MBE Growth and Characterization of Rare-Earth Doped Nitride Semiconductors for Spintronics (2007)
  • 著者名/発表者名: H, Asahi
  • 学会等名: E-MRS-2007
  • 発表場所: フランス・ストラスブール
• [学会発表] Enhancement of magnetic moment in GaGdN/GaN superlattice structure (2007)
  • 著者名/発表者名: Y, K, Zhou
  • 学会等名: ChinaNANO 2007
  • 発表場所: 中国・北京
• [学会発表] High Gd concentration GaGdN grown at low temperature (2007)
  • 著者名/発表者名: Y, K, Zhou
  • 学会等名: Spin Tech-IV
  • 発表場所: 米国・ハワイ
• [学会発表] Enhancement of magnetic moment in GaGdN/GaN superlattice structure (2007)
  • 著者名/発表者名: Y, K, Zhou
  • 学会等名: Material Today Asia
  • 発表場所: 中国・北京
• [学会発表] Growth and characterization of InCrN and (In,Ga,Cr)N diluted magnetic semiconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: S, Kimura,
  • 学会等名: 7th International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: 米国・ラスべがス
• [図書] 薄膜ハンドブック(分担執筆) (2008)
  • 著者名/発表者名: 朝日一
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: オーム社
• [備考]
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/pem/
• [備考]
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/pem/