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2020 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)
嶋 紘平  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40805173)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワード結晶工学 / 結晶成長 / フェムト秒電子銃 / 時間空間同時分解分光
研究実績の概要

特異構造内部や界面における発光過程を把握するには当該構造を狙い打ちする必要がある.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(PE)銃を組み込む時間空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)計測装置はSEMで観察可能な特異構造の近傍を狙い打ちして発光のイメージングを行える.また,電子線で電子・正孔を励起することから,空間分解分光でも時間分解分光でもバンドギャップの制限を受けない.
本研究班(B02-2)では,フェムト秒チタンサファイアレーザの高調波により金を光励起してフェムト~ピコ秒のPEパルスを発生させ,それをSEMに導入してSTRCL装置を構成し,R2年度は以下に記す成果を得た.
(1)評価技術進展:フェムト秒レーザの第4高調波による光励起の時間分解フォトルミネッセンスと,PEを用いた時間分解カソードルミネッセンスのデータの比較を行い,低加速電圧における測定性能の向上を行った.(2)新奇特異構造材料評価:m面成長AlInN混晶ナノ構造の断面空間分解CL像を得て発光メカニズムを明らかにし,A01-5寒川班と共同で周期構造発生メカニズムを明らかにした.また,2次元層状半導体六方晶BN薄膜のSTRCL評価を行った.(3)人工形成特異構造:A01-2三宅班により作製されたスパッタAlN及びAlNエピ層の評価を行った.また,Mgイオン注入されたGaNの時間分解分光を行い,高圧アニールによる欠陥の動向をB01-2上殿班と共同で調べた.(4)次元性の制御された特異構造に関連する欠陥評価:A01-3上山班のInGaN量子殻構造やMgイオン注入GaNにおける点欠陥と非輻射再結合に関するモデルを構築した.

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。

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。

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 9件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] Universitaet der Bundeswehr Muenchen/Technische Universitaet Muenchen(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Universitaet der Bundeswehr Muenchen/Technische Universitaet Muenchen
  • [国際共同研究] Institute of High Pressure Physics(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Institute of High Pressure Physics
  • [雑誌論文] Self-organized micro-light-emitting diode structure for high-speed solar-blind optical wireless communications2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, Y. Yoshida, M. Shiraiwa, Y. Awaji, A. Kanno, N. Yamamoto, A. Hirano, Y. Nagasawa, M. Ippommatsu, and S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 (3) ページ: 031103 1-4

    • DOI

      10.1063/5.0013112

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Annealing behaviors of vacancy-type defects in AlN deposited by radio-frequency sputtering and metalorganic vapor phase epitaxy studied using monoenergetic positron beams2020

    • 著者名/発表者名
      A. Uedono, K. Shojiki, K. Uesugi, S. Chichibu, S. Ishibashi, M. Dickmann, W. Egger, C. Hugenschmidt, and H. Miyake
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 128 (8) ページ: 085704 1-10

    • DOI

      10.1063/5.0015225

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Temperature dependence of internal quantum efficiency of radiation for the near-band-edge emission of GaN crystals quantified by omnidirectional photoluminescence spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, K. Ikemura, and S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 (10) ページ: 105504 1-4

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abb788

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Urbach-Martienssen tail as the origin of the two-peak structure in the photoluminescence spectra for the near-band-edge emission of a freestanding GaN crystal observed by omnidirectional photoluminescence spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima and S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 (17) ページ: 171103 1-5

    • DOI

      10.1063/5.0028134

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-formed compositional superlattices triggered by cation orderings in m-plane Al1-xInxN on GaN2020

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, and Y. Kangawa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 18570 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-020-75380-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Correlation between the internal quantum efficiency and photoluminescence lifetime of the near-band-edge emission in a ZnO single crystal grown by the hydrothermal method2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima and S. F. Chichibu
    • 雑誌名

      Applied Physical Express

      巻: 13 (12) ページ: 121005 1-5

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abcd73

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] マクロステップを持つc面 AlN/サファイアテンプレート上に成長させたAlGaN量子井戸の物性評価2020

    • 著者名/発表者名
      小島一信,長澤陽祐,平野光,一本松正道,杉江隆一,本田善央,天野浩,赤﨑勇,秩父重英
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌 (総合報告)

      巻: 第47巻, 第3号 ページ: 47-3-04 1-8

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abcd73

    • 査読あり
  • [学会発表] Current progress of omnidirectional photoluminescence spectroscopy for the quantification of quantum efficiency of radiation in GaN crystals2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, K. Ikemura, and S. F. Chichibu
    • 学会等名
      The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Photonics West 2021, OPTO, Gallium Nitride Materials and Devices XV (OE107)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Behaviors of vacancy-type defects in Mg-implanted GaN during ultra-high-pressure annealing studied by using a monoenergetic positron beam2021

    • 著者名/発表者名
      A. Uedono, H. Sakurai, T. Narita, K. Sierakowski, M. Bockowski, J. Suda, S. Ishibashi, S. F. Chichibu, and T. Kachi
    • 学会等名
      The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Photonics West 2021, OPTO, Gallium Nitride Materials and Devices XV (OE107)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Striped and fin-shaped cation orderings and self-formed compositional superlattices in an m-plane Al0.7In0.3N on GaN heterostructure2021

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, and Y. Kangawa
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • 国際学会
  • [学会発表] Vacancies in AlN deposited by radio-frequency sputtering and MOVPE studied by positron annihilation spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      A. Uedono, K. Shojiki, K. Uesugi, S. F. Chichibu, S. Ishibash, M. Dickmann, W. Egger, C. Hugenschmidt, and H. Miyake
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • 国際学会
  • [学会発表] Macroscopically homogeneous cathodoluminescence mapping images of c-plane nearly lattice-matched Al1-xInxN films on a GaN substrate2021

    • 著者名/発表者名
      L. Y. Li, K. Shima, M. Yamanaka, K. Kojima, T. Egawa, T. Takeuchi, M. Miyoshi, and S. F. Chichibu
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • 国際学会
  • [学会発表] Cathodoluminescence studies of AlN epilayers grown by MOVPE on sputtered AlN templates annealed at high temperature2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shima, T. Kasuya, K. Shojiki, K. Uesugi, K. Kojima, A. Uedono, H. Miyake, and S. F. Chichibu
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • 国際学会
  • [学会発表] Omnidirectional photoluminescence (ODPL) spectroscopy for the quantification of quantum efficiency of radiation in GaN crystals2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima and S. F. Chichibu
    • 学会等名
      Virtual Workshop on Materials Science and Advanced Electronics Created by Singularity
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-formed compositional superlattices triggered by cation orderings in m-plane Al1-xInxN on GaN2021

    • 著者名/発表者名
      S. F. Chichibu, K, Shima, K. Kojima, and Y. Kangawa
    • 学会等名
      Virtual Workshop on Materials Science and Advanced Electronics Created by Singularity
    • 国際学会
  • [学会発表] (Al,Ga,In)Nの輻射・非輻射再結合過程に点欠陥が及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      秩父重英,嶋紘平,小島一信,上殿明良,石橋章司
    • 学会等名
      日本学術振興会ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会 第121回研究会(第五期総括記念研究会)
    • 招待講演
  • [学会発表] 深紫外AlGaN LEDを用いたギガビット級ソーラーブラインド光無線通信2021

    • 著者名/発表者名
      小島一信,吉田悠来,白岩雅輝,淡路祥成,菅野敦史,山本直克,平野光,長澤陽祐,一本松正道,秩父重英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会 光エレクトロニクス(OPE)セッション
    • 招待講演
  • [学会発表] InGaN/GaN多重量子殻の時間空間分解カソードルミネッセンス評価2021

    • 著者名/発表者名
      嶋紘平,Weifang Lu,小島一信,上山智,竹内哲也,秩父重英
    • 学会等名
      2021年春季応用物理学会
  • [学会発表] 格子整合系c面AlInN/GaNヘテロ構造のルミネッセンス評価2021

    • 著者名/発表者名
      李リヤン,嶋紘平,山中瑞樹,小島一信,江川孝志,竹内哲也,三好実人,秩父重英
    • 学会等名
      2021年春季応用物理学会
  • [学会発表] 低圧酸性アモノサーマル成長バルクGaN結晶のルミネッセンス評価2021

    • 著者名/発表者名
      嶋紘平,栗本浩平,包全喜,三川豊,小島一信,石黒徹,秩父重英
    • 学会等名
      2021年春季応用物理学会
  • [学会発表] Mgイオン注入後の空孔ガイド拡散法により形成したp型GaNのルミネッセンス評価2021

    • 著者名/発表者名
      嶋紘平,田中亮,高島信也,上野勝典,江戸雅晴,小島一信,上殿明良,秩父重英
    • 学会等名
      2021年春季応用物理学会
  • [学会発表] 陽電子消滅によるスパッタ堆積AlN薄膜中の空孔型欠陥検出2021

    • 著者名/発表者名
      上殿明良,正直花奈子,上杉謙次郎,秩父重英,石橋章司,M. Dickmann, W. Egger, C. Hugenschmidt,三宅秀人
    • 学会等名
      2021年春季応用物理学会
  • [学会発表] AlN単結晶上にHVPE成長させたSi添加AlN基板の発光特性2021

    • 著者名/発表者名
      秩父重英,嶋紘平,小島一信, B. Moody,三田清二,R. Collazo, Z. Sitar,熊谷義直,上殿明良
    • 学会等名
      2021年春季応用物理学会
  • [学会発表] Characterization of a self-organized deep-ultraviolet micro-light-emitting diode structure for high-speed solar-blind optical wireless communications2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, Y. Yoshida, M. Shiraiwa, Y. Awaji, A. Kanno, N. Yamamoto, A. Hirano, Y. Nagasawa, M. Ippommatsu, and S. F. Chichibu
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2020, Laser Science to Photonic Applications, Session Free-Space & Underwater Communication
    • 国際学会
  • [学会発表] 全方位フォトルミネセンス計測:新しい評価技術2020

    • 著者名/発表者名
      小島一信, 秩父重英
    • 学会等名
      日本学術振興会光電相互変換第125委員会第250回記念研究会「新しい光電変換材料・評価法」
    • 招待講演
  • [学会発表] 陽電子を用いた超高圧焼鈍によるイオン注入GaNの欠陥回復特性の研究2020

    • 著者名/発表者名
      上殿明良,櫻井秀樹,成田哲生,Sierakowski Kacper,Bockowski Michal,須田淳,石橋章司,嶋紘平,秩父重英,加地徹
    • 学会等名
      第49回結晶成長国内会議(JCCG-49), シンポジウム「窒化物半導体における不純物制御」
    • 招待講演
  • [学会発表] 陽電子消滅法によるMgイオン注入GaNの空孔型欠陥の焼鈍特性及び欠陥によるキャリア捕獲の研究2020

    • 著者名/発表者名
      上殿明良,高島信也,江戸雅晴,上野勝典,松山秀昭,Marcel Dickmann,Werner Egger,Christoph Hugenschmidt, 嶋紘平,小島一信,秩父重英,石橋章司
    • 学会等名
      応用物理学会 先進パワー半導体分科会 第7回個別討論会「GaN p 型イオン注入」
    • 招待講演
  • [学会発表] AlNおよび高AlNモル分率AlGaN混晶におけるAl空孔複合体の役割2020

    • 著者名/発表者名
      秩父重英,嶋紘平,小島一信,三宅秀人,上殿明良
    • 学会等名
      応用物理学会結晶工学分科会,応用電子物性分科会との連携研究例会「紫外材料・デバイス開発の最前線」
    • 招待講演
  • [学会発表] 時間空間分解カソードルミネッセンス法によるワイドバンドギャップ窒化物半導体の評価2020

    • 著者名/発表者名
      秩父重英
    • 学会等名
      日本学術振興会放射線科学とその応用第186委員会第36回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] c面エピタキシャルAl0.82In0.18N/GaN構造の空間分解カソードルミネッセンス2020

    • 著者名/発表者名
      李リヤン,嶋紘平,山中瑞樹,小島一信,江川孝志,竹内哲也,三好実人,秩父重英
    • 学会等名
      日本結晶成長学会 ナノ構造エピタキシャル成長分科会,「第12回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会」
  • [学会発表] スパッタAlN上にMOVPE成長させたAlN薄膜のカソードルミネッセンス評価2020

    • 著者名/発表者名
      粕谷拓生,嶋紘平,正直花奈子,上杉謙次郎,小島一信,上殿明良,三宅秀人,秩父重英
    • 学会等名
      日本結晶成長学会 ナノ構造エピタキシャル成長分科会,「第12回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会」
  • [学会発表] 全方位フォトルミネセンス分光にて観測される双峰性スペクトルの起源2020

    • 著者名/発表者名
      小島一信,秩父重英
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会
  • [学会発表] 全方位フォトルミネッセンス(ODPL)分光法によるGaNウェハの発光量子効率マッピング評価2020

    • 著者名/発表者名
      池村賢一郎,小島一信,秩父重英,堀切文正
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会
  • [学会発表] MOVPE成長m面AlInN/GaNヘテロ構造における特異構造(4)2020

    • 著者名/発表者名
      秩父重英,嶋紘平,稲富悠也,小島一信,寒川義裕
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会
  • [学会発表] GaNに格子整合するc面AlInN薄膜の空間分解カソードルミネッセンス2020

    • 著者名/発表者名
      李リヤン,嶋紘平,山中瑞樹,小島一信,江川孝志,竹内哲也,三好実人,秩父重英
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会
  • [学会発表] 高温アニールスパッタAlN上にMOVPE成長させたAlNの陰極線蛍光評価(1)2020

    • 著者名/発表者名
      嶋紘平,正直花奈子,上杉謙次郎,小島一信,上殿明良,三宅秀人,秩父重英
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会
  • [学会発表] 高温アニールスパッタAlN上にMOVPE成長させたAlNの陰極線蛍光評価(2)2020

    • 著者名/発表者名
      粕谷拓生,嶋紘平,正直花奈子,上杉謙次郎,小島一信,上殿明良,三宅秀人,秩父重英
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会
  • [学会発表] GaN結晶の輻射量子効率と炭素不純物濃度の相関2020

    • 著者名/発表者名
      小島一信,堀切文正,成田好伸,吉田丈洋,藤倉序章,秩父重英
    • 学会等名
      2020年秋季応用物理学会

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公開日: 2021-12-27  

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