| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04529
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 北海学園大学 |
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研究代表者 |
藤原 英樹 北海学園大学, 工学部, 教授 (10374670)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 表面凹凸構造 / ランダムレーザー / レーザー誘起表面周期構造 / 窒化ガリウム / レーザープロセス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本課題では、これまでのレーザープロセスによるマクロな構造の形状やサイズの制御だけでなく、レーザー照射時の加熱効果やアブレーションなどの影響をも考慮することで、結晶性の改善や意図的な欠陥構造の導入を試みた新しい手法の開発を行う。この成果により、マクロな光学特性の改善のみならず、欠陥や色中心の意図的な導入による発光・導電特性の改善を同時に実現し、新規波長域での低しきい値レーザー発振の誘起を試みる。また、半導体表面欠陥は、光触媒やバイオセンサ、色中心などの化学反応を誘起する反応点としての活用も期待されており、レーザープロセスにより作製した不規則構造を利用した新規な光デバイス応用展開に挑戦する。
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| 研究実績の概要 |
昨年度に行なったレーザー誘起表面凹凸作製法を用いたGaAs基板の表面凹凸を利用した近赤外ランダムレーザー作製に関する研究を継続し、今年度は、ランダムレーザーの低しきい値化を実現するためのレーザー照射条件探索を行なった。パルスレーザー（532 nm, 700 ps, 5 kHz）の照射強度・時間を変えながら表面構造を作製し、そのレーザー発振特性を評価したところ、高強度の場合には短時間照射時にしきい値が低く、低強度の場合には長時間照射が必要となる傾向が明らかとなった。さらにレーザー発振スペクトル測定の際、高強度・短時間照射で作製した構造ではレーザー発振が安定せず、比較的低強度・長時間照射では安定したレーザー発振が確認できた。これらの構造の電子顕微鏡観察を行ったところ、高強度・短時間照射ではレーザー発振測定前後で構造が変化し、低強度・長時間照射で作製した構造は変化しないことが分かった。レーザー誘起表面周期構造の先行研究では、照射パルス数の増大により周期構造が安定に形成されることが報告されており、低強度・長時間照射により安定な構造が形成されることで、安定なレーザー発振が実現できたものと考えられる。この成果と既に報告しているGaN基板上でのUVランダムレーザー発振から、本手法が様々な基板に適用可能なランダムレーザー作製法として利用可能であることが明らかとなった。
また、レーザープロセスによるデバイス作製に関連し、アルコールCVD法の先行研究を基に、エタノール中のNi基板のレーザー加熱を利用した局所的なグラファイト合成法の開発も行った。照射条件の最適化により、レーザー照射跡においてのみグラファイトに特有のD、G、2Dバンドのラマンピークを示す構造の合成に成功した。本手法により、基板の局所レーザー加熱によって照射箇所に選択的に炭素材料を作製できることを示した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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