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2016 年度 実績報告書

時間空間分解カソードルミネッセンスによる特異構造の光物性解明と機能性探索

計画研究

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
研究課題/領域番号 16H06427
研究機関東北大学

研究代表者

秩父 重英  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)

研究分担者 小島 一信  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワード特異構造 / 時間分解 / 空間分解 / AlInN
研究実績の概要

特異構造の内部や、外部との界面における局所的な発光ダイナミクスを把握するには、当該構造を狙い打ちして時間分解分光を行う必要がある。走査型電子顕微鏡(SEM)にフェムト秒レーザ励起パルス光電子銃(PE-gun)を組み込んだ時間空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)装置は、SEMで観察可能な特異構造近傍の発光イメージングやダイナミクス解析が可能である。また、電子線で電子・正孔対を励起するためバンドギャップ(Eg)の制限を受けない利点がある。我々は、特異構造形成班が作製する、主に窒化物半導体特異構造をSTRCL装置を用いて評価し、光物性解明と光機能性発現のための設計指針を与える事を目的として研究を行っている。
H28年度は大きく分けて4つの成果を得た。それらは、(1)フェムト秒チタンサファイヤレーザの第3高調波によってAuを励起して光電子を取り出し集束させるフェムト~ピコ秒パルス集束電子線の高輝度化を行い、STRCL装置に搭載した。また、試料台に敷設するリターディング機構の検討を行った。(2)結晶成長軸方向に任意の組成変調を加えることにより、本来は分極の不連続により発生する電場によって、発光効率を制限する電子・正孔の波動関数が分離する現象を抑えて効率改善を図る、組成変調AlGaN量子井戸の理論設計を行い、A01-2三宅班により成長された結晶の評価を行った。(3)研究代表者が結晶成長を行った、m面成長AlInN混晶ナノ板構造の光学評価を行って特異な発光メカニズムを明らかにし、更に連携企業の協力を得て当該構造を真空蛍光表示管に搭載し、面内偏光依存性を持つ深紫外線~緑色の面光源の形成に成功した。(4)特異構造評価の一環として、新奇な2次元結晶として注目され始めた六方晶窒化ボロン(h-BN)のSTRCL評価を行った。
外部公表が済んでいない成果については詳細の記載は来年度とする。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

平成28年度には、研究実績の概要欄に記したように、交付申請書に記した実施計画に加え、AlInN及びh-BNに関する成果を得た。また、(4)については領域外、及び領域内での共同研究展開も見込まれる点で、成果といえる。

今後の研究の推進方策

H29年度は、当初の予定どおりSTRCL装置の空間分解能向上の試みを継続する。一方、既存の装置現状にて評価可能な試料もあるため、静大原和彦教授グループや公募班との連携を深めて特異構造に起因する新たな物理現象の観測も行っていく。研究を阻害する課題は特にない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] A design strategy for achieving more than 90% of the overlap integral of electron and hole wavefunctions in high AlN mole fraction AlxGa1-xN multiple quantum wells2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, K. Furusawa, Y. Yamazaki, H. Miyake, K. Hiramatsu, and S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 10 ページ: 015802 1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.10.015802

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Defect-resistant radiative performance of m-plane immiscible Al1-xInxN epitaxial nanostructures for deep-ultraviolet and visible polarized-light emitters2017

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K. Kojima, A. Uedono, and Y. Sato
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 29 ページ: 1603644 1-9

    • DOI

      10.1002/adma.201603644

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nitrogen vacancies as a common element of the green luminescence and nonradiative recombination centers in Mg-implanted GaN layers formed on a GaN substrate2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, S. Takashima, M. Edo, K. Ueno, M. Shimizu, T. Takahashi, S. Ishibashi, A. Uedono,S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ultraviolet light-absorbing and emitting diodes consisting of a p-type transparent-semiconducting NiO film deposited on an n-type GaN homoepitaxial layer2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nakai, M. Sugiyama, and S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] マクロステップを有するc面AlGaN量子井戸発光ダイオード構造の発光特性2017

    • 著者名/発表者名
      小島一信,長澤陽祐,平野光,一本松正道,本田善央,天野浩,赤崎勇,秩父重英
    • 学会等名
      2017年春季応用物理学会
    • 発表場所
      横浜国際平和会議場(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] m面AlInNエピタキシャルナノ構造を用いた偏光光源の可能性2017

    • 著者名/発表者名
      秩父重英,小島一信,上殿明良,佐藤義孝
    • 学会等名
      2017年春季応用物理学会シンポジウム
    • 発表場所
      横浜国際平和会議場(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on hexagonal BN microcrystals2017

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, Y. Ishikawa, Y. Kominami, and K. Hara
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Physics of 2D Crystals (ICP2C2)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フェムト秒レーザ励起光電子銃によるⅢ族窒化物半導体の時間・空間分解カソードルミネッセンス評価2016

    • 著者名/発表者名
      秩父 重英
    • 学会等名
      電子情報通信学会 第4回超高速光エレクトロニクス研究会-UFO・IPDA・OPE・OME合同研究会
    • 発表場所
      東北大学 片平キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-24 – 2016-11-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Defect-resistant emission properties of nonpolar m-plane Al1-xInxN epilayers for deep-ultraviolet to visible polarized-light-emitting vacuum fluorescent display devices2016

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K. Kojima, A. Uedono, and Y. Sato
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2016 (IWN2016)
    • 発表場所
      Orland, Florida, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Defect-resistant luminescent probability of m-plane AlInN alloy films for deep ultraviolet and visible polarized light-emitters2016

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K. Kojima, A. Uedono, and Y. Sato
    • 学会等名
      European Materials Research Society, 2016 Fall Meeting
    • 発表場所
      Warsaw, Poland
    • 年月日
      2016-09-19 – 2016-09-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Metalorganic vapor phase epitaxy of pseudomorphic m-plane Al1-xInxN alloy films on a low defect density m-plane GaN substrate2016

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K. Kojima, Y. Yamazaki, and K. Furusawa
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-12
    • 国際学会
  • [備考] 非極性面窒化アルミニウムインジウム薄膜ナノ構造を用いた新しい深紫外線~緑色偏光光源

    • URL

      http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/11/press20161124-03.html

  • [備考] 非極性面窒化アルミニウムインジウム薄膜ナノ構造を用いた新しい深紫外線~緑色偏光光源

    • URL

      http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/news_press/20161124/

  • [備考] 非極性m面Al1-xInxN薄膜を用いた深紫外線~緑色偏光光源

    • URL

      http://five-star.tagen.tohoku.ac.jp/results/pdf/161206_prof.chichibu.pdf

  • [備考] AlGaN量子井戸を発光層とした深紫外発光デバイスの高性能化指針

    • URL

      http://five-star.tagen.tohoku.ac.jp/results/pdf/170301_prof.chichibu.pdf

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公開日: 2018-01-16  

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