ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ系量子井戸によるシュタルク効果型光変調器の開発

• 研究課題/領域番号: 23560010
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 阿部 友紀 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20294340)
• 研究分担者: 安東 孝止 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60263480)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 量子閉じ込めシュタルク効果 / ZnO/ZnMgO量子井戸 / 透過型光変調器 / シュタルクシフト / 紫外光変調器 / MBE成長

研究概要

本研究の目的は, 励起子結合エネルギーの大きいZnO系量子井戸における励起子効果を最大限に活用することによって，光変調器を実現することである。
我々は，c面サファイア基板上に1nm程度のMgOバッファ層を成長した後にO極性ZnOバッファを成長して，バッファ層の高品質化を行った。紫外透明導電膜であるPEDOT:PSSとZnO/ZnMgO量子井戸のショットキ型光変調器を作製し，20meVのシュタルクシフトを得た。また，透過型光変調器として波長370nm(3.35eV)において光変調動作を確認した。
さらに，電解液でZnO表面にコンタクトをとることにより2Vという低電圧動作も確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Low dark current and stable ultraviolet avalanche photodiode of organic (PEDOT : PSS)-inorganic (ZnSSe) hybrid junction structure (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Abe, N. Ikadatsu, R. Inoue, T. Fujimoto, K. Tanaka, A. Tazue, Y. Inagaki, M. Ebisu, H. Kasada and K. Ando
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 巻: (published on line)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi-level pinning by carrier com- pensating midgap donor defect band in homoepitaxially grown p-type ZnO by MBE (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Masamoto, K. Noda, T. Maejima, R. Natsume, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Yukue, S. Hiroe, T. Abe, H. Kasada, Y. Harada and K. Ando
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 巻: (published on line)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low dark current and stable ultraviolet avalanche photodiode of organic (PEDOT:PSS)-inorganic (ZnSSe) hybrid junction structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Abe, Noriyuki Ikadatsu, Ryoichi Inoue, Takeru Fujimoto, Kenta Tanaka, Akio Tazue, Yusuke Inagaki, Masahiro Ebisu, Hirofumi Kasada andKoshi Ando
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: Published online 28 March 2014 号: 7-8 ページ: 1300-1303
  • DOI: 10.1002/pssc.201300602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi-level pinning by carrier com- pensating midgap donor defect band in homoepitaxially grown p-type ZnO by MBE (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Masamoto, K. Noda, T. Maejima, R. Natsume, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Yukue, S. Hiroe, T. Abe, H. Kasada, Y. Harada andK. Ando
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: Published online 2 April 2014 号: 7-8 ページ: 1353-1356
  • DOI: 10.1002/pssc.201300618
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stark effectof ZnO thin film and ZnO/ZnMgO quantum wells (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Abe, R. Fujinuma, K. Yasuda, T.Yamaguchi, H. Kasada and K. Ando
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 巻: 9 ページ: 1801-1804
  • 査読あり
• [雑誌論文] New ultraviolet avalanche photodiodes (APDs) of organic (PEDOT : PSS) -inorganic (ZnSSe) hybrid structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Inagaki, M. Ebisu, M. Otsuki, N. Ayuni, T.Shimizu, T. Abe, H. Kasada and K. Ando
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 巻: 9 ページ: 1852-1855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth mechanisms of ZnO(0001) investigated using the first-principles calculation (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, A. Ishii, T. Abe, and K. Ando
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112 ページ: 64301-64301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stark effects of ZnO thin film and ZnO/ZnMgO quantum wells (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Abe, R. Fujinuma, K. Yasuda, T. Yamaguchi, H. Kasada and K. Ando
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 巻: 9 号: 8-9 ページ: 1801-1804
  • DOI: 10.1002/pssc.201100592
  • 査読あり
• [雑誌論文] New ultraviolet avalanche photodiodes (APDs) of organic (PEDOT: PSS)–inorganic (ZnSSe) hybrid structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Inagaki, M. Ebisu, M. Otsuki, N. Ayuni, T. Shimizu, T. Abe, H. Kasada and K. Ando
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 巻: 9 号: 8-9 ページ: 1852-1855
  • DOI: 10.1002/pssc.201100593
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stark effects of ZnO thin film and ZnO/ZnMgO quantum wells (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Abe, R. Fujinuma, K. Yasuda, T. Yamaguchi, H. Kasada, and K. Ando
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] インクジェット法による有機‐無機ハイブリッド型ZnSSe系紫外APD光検出器の開発～表面保護膜による長寿命化と集積化に向けて～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上亮一,稲垣雄介,筏津教行,藤本健,田中健太,田末章男,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] MBE法により成長した高抵抗p型ZnO : N薄膜の精密評価～N2(O)を起源とするdouble donorの検証～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 野田佳佑,政本卓也,木寺亮太,松尾拓郎,廣江伸哉,秋山彰雅,行衛孝明,奥山彰浩,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] インクジェット法による有機-無機ハイブリッド型ZnSSe系紫外APD光検出器の開発 ～表面保護膜による長寿命化と集積化に向けて～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上亮一，稲垣雄介，筏津教行，藤本健，田中健太，田末章男，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 招待講演
• [学会発表] MBE法により成長した高抵抗p型ZnO:N薄膜の精密評価 ～N2(O)を起源とするdouble donorの検証～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 野田佳佑，政本卓也，木寺亮太，松尾拓朗，廣江伸哉，秋山章雅，行衛孝明，奥山彰浩，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] Fermi-level pinning by carrier com- pensating midgap donor defect band in homoepitaxially grown p-type ZnO by MBE (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Masamoto, K. Noda, T. Maejima, R. Natsume, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Yukue, S. Hiroe, T. Abe, H. Kasada, Y. Harada and K. Ando
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Japan
  • 年月日: 2013-09-10
• [学会発表] Low dark current and stable ultraviolet avalanche photodiode of organic (PEDOT : PSS)-inorganic (ZnSSe) hybrid junction structure (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Abe, N. Ikadatsu, R. Inoue, T. Fujimoto, K. Tanaka, A. Tazue, Y. Inagaki, M. Ebisu, H. Kasada and K. Ando
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Japan
  • 年月日: 2013-09-09
• [学会発表] インクジェット法による有機‐無機ハイブリッド型ZnSSe系紫外APD光検出器の開発～表面保護膜による素子劣化の抑制～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上亮一,稲垣雄介,筏津教行,藤本健,田中健太,田末章男,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] RS-MBE法を用いたホモエピタキシャル成長NドープZnO薄膜のp型伝導制御～NO+O2混合ガスによる成長～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣江伸哉,松尾拓郎,木寺亮太,秋山彰雅,行衛孝明,政本卓也,野田佳佑,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止,奥山彰浩
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] Low dark current and stable ultraviolet avalanche photodiode (APD) of organic (PEDOT:PSS) - inorganic (ZnSSe) hybrid junction structure (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Abe, N. Ikadatsu, R. Inoue, T. Fujimoto, Y. Inagaki, M. Ebisu, H. Kasada, and K. Ando
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compund and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Royal Hotel, Nagahama, Japan
• [学会発表] Fermi-level pinning by carrier com- pensating midgap donor defect band in homoepitaxially grown p-type ZnO by MBE (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Masamoto, K. Noda, T. Maejima, R. Natsume, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Yukue, S. Hiroe, T. Abe, H. Kasada, Y. Harada andK. Ando
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compund and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Royal Hotel, Nagahama, Japan
• [学会発表] インクジェット法による有機-無機ハイブリッド型ZnSSe系紫外APD光検出器の開発 ～表面保護膜による素子劣化の抑制～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上亮一，稲垣雄介，筏津教行，藤本健，田中健太，田末章男，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] RS-MBE法を用いたホモエピタキシャル成長NドープZnO薄膜のp型伝導制御 ～NO+O2混合ガスによる成長～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣江伸哉，松尾拓郎，木寺亮太，秋山彰雅，行衛孝明，政本卓也，野田佳佑，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止，奥山彰浩
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] ZnO/ZnMgO量子井戸のシュタルク効果による光変調動作の検証 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安田圭佑,山口拓也,佐藤耕輔,本山達也,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第73回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] MBE成長したN doped ZnO薄膜の精密評価～高抵抗ZnO : Nの挙動～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 政本卓也,前島隆之,野田佳佑,加藤晃司,夏目龍,松尾拓朗,廣江伸哉,秋山章雅,行衛孝明,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第73回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] ZnO/ZnMgO量子井戸のシュタルク効果による光変調動作の検証 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安田圭佑，山口拓也，佐藤耕輔，本山達也，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] MBE成長したN doped ZnO薄膜の精密評価 〜 高抵抗ZnO:Nの挙動 〜 (2012)
  • 著者名/発表者名: 政本卓也，前島隆之，野田佳佑，加藤晃司，夏目 龍，松尾拓朗，廣江伸哉，秋山章雅，行衛孝明，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] ZnO/ZnMgO量子井戸の励起子シュタルク効果の検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤耕輔,藤沼諒,安田圭佑,山口拓也,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第72回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] RS-MBE法を用いたホモエピタキシャル成長NドープZnO薄膜のp型伝導制御～ポストアニール効果によるNの活性化～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 夏目龍,加藤晃司,高崎正欣,松尾拓朗,秋山章雅,前島隆之,政本卓也,原田宣明,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第72回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-08-31
• [学会発表] ZnOホモエピタキシャル成長薄膜中のNアクセプタの構造不安定性～局所格子歪とp型伝導制御の影響～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 前島隆之,加藤晃司,高崎正欣,夏目龍,政本卓也,松尾拓朗,秋山章雅,原田宜明,阿部友紀,笠田洋文,安東孝止
  • 学会等名: 第72回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-08-31
• [学会発表] Local-strain induced structural-instability of nitrogen acceptor and its influence on p-type conduction-control in homo-epitaxially grown ZnO by MBE (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Maejima, K. Ando, K. Katoh, M. Takazaki, R. Natsume, T. Masamoto, T. Matsuo, A. Akiyama, T. Ohno, K. Fujino, H. Nakamura, Y. Yamazaki, J. Yoshikawa, T. Abe, and H. Kasada
  • 学会等名: The 15th International Conference on II-VI Compounds
  • 発表場所: Mayan Riviera, Mexico
  • 年月日: 2011-08-25
• [学会発表] Stark effects of ZnO thin film and ZnO/ZnMgO quantum wells (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Abe, R. Fujinuma, K. Yasuda, T. Yamaguchi, H. Kasada, and K. Ando
  • 学会等名: The 15th International Conference on II-VI Compounds
  • 発表場所: Mayan Riviera, Mexico
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] New ultraviolet avalanche photodiodes (APDs) of organic (PEDOT : PSS)–inorganic (ZnSSe) hybrid structure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Inagaki, M. Ebisu, M. Ohtsuki, N.Ayuni, T.Shimizu, T. Abe, H. Kasada, and K. Ando
  • 学会等名: The 15th International Conference on II-VI Compounds
  • 発表場所: Mayan Riviera, Mexico
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] RS-MBE 法を用いたホモエピタキシャル成長N ドープZnO 薄膜のp 型伝導制御～ポストアニール効果によるN の活性化～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 夏目 龍，加藤晃司，高崎正欣，松尾拓朗，秋山章雅，前島隆之，政本卓也，原田宣明，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
• [学会発表] ZnOホモエピタキシャル成長薄膜中のNアクセプタの構造不安定性～局所格子歪とp型伝導制御の影響～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 前島隆之，加藤晃司，高崎正欣，夏目 龍，政本卓也，松尾拓朗，秋山章雅，原田宜明，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
• [学会発表] ZnO/ZnMgO量子井戸の励起子シュタルク効果の検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤耕輔，藤沼 諒，安田圭佑，山口拓也，阿部友紀，笠田洋文，安東孝止
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学