新規窒化物半導体共振器構造による光制御に関する研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13J10877
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 正直 花奈子 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 窒化物半導体 / 結晶成長 / エピタキシャル成長 / 有機金属気相エピタキシャル成長 / InGaN / MOVPE

研究実績の概要

昨年度に引き続き新規の面方位であるN極性(000-1)（-c面）InGaNの発光素子開発を進めた。まず、前年に作製した-c面InGaN 発光ダイオード（LED）の微視的な構造・光学特性を測定し、その結果を基に、素子特性の改善を試みた。結果として、前年度に他機関に先駆けて発表した可視光波長全域での発光を有する-c面InGaN LEDにおいて、自己形成量子ドット的な発光中心からの狭線幅励起子分子発光を発見、その特異な発光機構を明らかにした。この狭線幅発光は、高スペクトル純度な量子光源として期待される。
また、素子特性の向上を目的として-c面p型GaNの品質向上を行った。この結果、原料供給Mg/Ga比、原料供給V/III比、成長温度を最適化することで、正孔濃度を向上させることができることを明らかにした。加えて、InGaN/GaN量子井戸構造の組成および膜厚均一性を向上させるための下地GaN層の平坦化も行った。基板の微傾斜角の方向を90度変化させることでステップバンチングが抑制し、-c面GaNの表面平坦化ができることを示した。この際の表面の原子ステップの形状はステップ端の形成エネルギーで説明することができる。この平坦な-c面GaNテンプレート上に成長したInGaN/GaN量子井戸構造の微視的構造・光学特性を調べた。結果、微視的構造の均一性が向上していることが放射光施設でのマイクロビームX線回折測定より明らかになった。また、光学特性としてフォトルミネッセンス測定より発光スペクトルの半値全幅が狭くなっており光学的な均一性が向上していることが示唆された。以上は、可視光波長全域での発光を有する-c面InGaN発光素子の高品質化に有用な知見である。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Homogeneity improvement of N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple quantum wells by using c-plane sapphire substrate with off-cut angle toward a-sapphire plane (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Shojiki, T. Hanada, T. Tanikawa, Y. Imai, S. Kimura, R. Nonoda, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Mg/Ga and V/III source ratios on hole concentration of N-polar (000-1) p-type GaN grown by metalorganic vapor phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Nonoda, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large Stokes-like shift in N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple-quantum-well light-emitting diodes (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, K. Shojiki, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: 05FJ03-1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7567/JJAP.55.05FJ03
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polarity control of GaN grown on pulsed-laser-deposited AlN/GaN template by metalorganic vapor phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Yoo, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of metastable-phase inclusion in N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple quantum wells grown by metalorganic vapor phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shojiki, J. H. Choi, T. Iwabuchi, N. Usami, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 ページ: 222102-1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4922131
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Red to blue wavelength emission of N-polar (000-1) InGaN light-emitting diodes grown by metalorganic vapor phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shojiki, T. Tanikawa, J. H. Choi, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 061005-1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7567/APEX.8.061005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] N極性InGaN/GaN LEDに形成されたInGaN微小島からの局所発光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷川 智之、正直 花奈子、片山 竜二、窪谷 茂幸、松岡 隆志
  • 学会等名: 2016年第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 日本、東京都、目黒区、東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] N極性(000-1)窒化物半導体混晶InGaNの結晶成長表面と発光素子応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 正直花奈子，高宮健吾，谷川智之, 花田貴，野々田亮平，窪谷茂幸，秋山英文，矢口裕之，片山竜二，松岡隆志
  • 学会等名: 平成27年度日本表面科学会東北・北海道支部講演会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] N極性 (000-1)p型GaNのMOVPE成長におけるMg/Ga・V/III比の正孔濃度への影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野々田亮平, 正直花奈子, 谷川智之, 窪谷茂幸, 片山竜二, 松岡隆志
  • 学会等名: 2015年度応用物理学会東北支部学術講演会 講演奨励賞・東北大学Student Chapterポスター賞 授与式・記念講演会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2016-01-23 – 2016-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] N極性 (000-1)p型GaNのMOVPE成長におけるMg/Ga・V/III比の正孔濃度への影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野々田亮平, 正直花奈子, 谷川智之, 窪谷茂幸, 片山竜二, 松岡隆志
  • 学会等名: 2015年応用物理学会東北支部第70回学術講演会
  • 発表場所: 日本、青森県、平川市、南田温泉 ホテルアップルランド
  • 年月日: 2015-12-03 – 2015-12-04
• [学会発表] Effect of Mg/Ga and V/III source ratios on hole concentration of N-polar (000-1) p-type GaN grown by MOVPE (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Nonoda, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: The 6th International symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: 日本、静岡県、浜松市、アクトシティ浜松
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Homogeneity improvement of N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple quantum wells by changing substrate off-cut-angle direction (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shojiki, T. Hanada, T. Tanikawa, Y. Imai, S. Kimura, R. Nonoda, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: The 6th International symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: 日本、静岡県、浜松市、アクトシティ浜松
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Large stokes shift in N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tanikawa, K. Shojiki, R. Katayama, S. Kuboya, and T. Matsuoka
  • 学会等名: The 6th International symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: 日本、静岡県、浜松市、アクトシティ浜松
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Microscopic structure of N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple quantum wells and light-emitting diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shojiki, T. Tanikawa, T. Hanada, Y. Imai, S. Kimura, R. Nonoda, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: The 6th International symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: 日本、静岡県、浜松市、アクトシティ浜松
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Polarity control of GaN grown on PLD-AlN/GaN templates by MOVPE (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Yoo, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: The 6th International symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: 日本、静岡県、浜松市、アクトシティ浜松
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] -c面InGaN/GaN量子井戸のMOVPE成長における相純度制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山竜二, 正直花奈子, 崔正焄, 谷川智之, 木村健司, 窪谷茂幸, 花田貴, 松岡隆志, 高宮健吾, 矢口裕之
  • 学会等名: 第45回結晶成長国内会議（NCCG-45）
  • 発表場所: 日本、北海道、札幌市、北海道大学
  • 年月日: 2015-10-19 – 2015-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] MOVPE成長N極性 (000-1)p型GaNの正孔濃度に与えるMg/Ga・V/III比の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野々田亮平, 正直花奈子, 谷川智之, 窪谷茂幸, 片山竜二, 松岡隆志
  • 学会等名: 2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 日本、愛知県、名古屋市、名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] 超臨界流体セレン化・硫化法によるアモルファス酸化物薄膜からのCZTS薄膜の作製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中安祐太, 笘居高明, 岡伸人, 正直花奈子, 窪谷茂幸, 片山竜二, 角谷正友, 本間格
  • 学会等名: 2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 日本、愛知県、名古屋市、名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Two-Dimensional Electron Gas in N-polar GaN/AlGaN/GaN Heterostructure Grown by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Prasertsuk, T. Tanikawa, K. Shojiki, T. Kimura, A. Miura, F. Hemmi, S. Kuboya, T. Suemitsu, R. Katayama, T. Matsuoka
  • 学会等名: 2nd 2015 Tohoku University-MIT collaborative Research Meeting
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2015-08-27 – 2015-08-28
• [学会発表] -c面InGaN多重量子井戸発光ダイオード：全可視域発光の実現と狭線幅発光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山竜二, 正直花奈子, 崔正焄, 谷川智之, 木村健司, 窪谷茂幸, 花田貴, 松岡隆志, 高宮健吾, 矢口裕之
  • 学会等名: 第3回 酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2015-08-07 – 2015-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of InGaN/GaN Nanodisk Structure by using Bio-template and Neutral Beam Etching Process (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. C. Lai, A. Higo, C. Lee, C. Thomas, T. Tanikawa, K. Shojiki, S. Kuboya, R. Katayama, T. Kiba, P. Yu, I. Yamashita, A. Murayama, and S. Samukawa
  • 学会等名: International IEEE Conference on Nanotechnology 2015 (IEEE NANO 2015)
  • 発表場所: イタリア、ローマ
  • 年月日: 2015-07-27 – 2015-07-30
  • 国際学会
• [学会発表] Current status and future prospects of nitride semiconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuoka, T. Tanikawa, K. Shojiki, T. Kimura, K. Prasertsuk, and T. Suemitsu
  • 学会等名: 40th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC 2016)
  • 発表場所: アメリカ、フロリダ
  • 年月日: 2015-07-24 – 2015-07-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polarity-controlled MOVPE growth of GaN on PLD-AlN templates (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Yoo, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: 34th Electronic Materials Symposium (EMS-34)
  • 発表場所: 日本、滋賀県、守山市、ラフォーレ琵琶湖
  • 年月日: 2015-07-15 – 2015-07-17
• [学会発表] Design of the Transverse Quasi-Phase Matched AlN Waveguides for Deep-UV Second Harmonic Generation (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mitani, R. Katayama, J. Yoo, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, and T. Matsuoka
  • 学会等名: 34th Electronic Materials Symposium (EMS-34)
  • 発表場所: 日本、滋賀県、守山市、ラフォーレ琵琶湖
  • 年月日: 2015-07-15 – 2015-07-17
• [学会発表] Effects of V/III source ratio on the hole concentration of N-polar (000-1) p-type GaN growtn by MOVPE (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Nonoda, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: 34th Electronic Materials Symposium (EMS-34)
  • 発表場所: 日本、滋賀県、守山市、ラフォーレ琵琶湖
  • 年月日: 2015-07-15 – 2015-07-17
• [学会発表] Structural and optical properties of GaN films grown on cleaved ScAlMgO4 substrate by MOVPE (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kuboya, T. Iwabuchi, H. Yahara, K. Shojiki, T. Tanikawa, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: 5th RLE-RIEC Meeting on Research Collaboration in Photonics
  • 発表場所: アメリカ、ボストン
  • 年月日: 2015-07-01 – 2015-07-02
• [学会発表] Possibility of N-Polarity in Applications for GaN-based Devices (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuoka, K. Shojiki, T. Kimura, T. Tanikawa, and R. Katayama
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2015 (CSW 2015)
  • 発表場所: アメリカ、サンタバーバラ
  • 年月日: 2015-06-28 – 2015-07-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] N極性(000-1) GaNの選択MOVPE成長における横方向成長の促進 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷川智之, 逢坂崇, 正直花奈子, 窪谷茂幸, 片山竜二, 松岡隆志
  • 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 2015春期講演会 第7回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2015-05-07 – 2015-05-08
• [学会発表] MOVPE成長N極性(000-1)p型GaNの正孔濃度に与えるV/III比の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野々田亮平, 正直花奈子, 谷川智之, 窪谷茂幸, 片山竜二, 松岡隆志
  • 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 2015春期講演会 第7回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2015-05-07 – 2015-05-08
• [学会発表] Polarity control of MOVPE-grown GaN on AlN/GaN templates (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Yoo, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 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 2015春期講演会 第7回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2015-05-07 – 2015-05-08
• [学会発表] 横型疑似位相整合AlN導波路を用いた深紫外第二高調波発生素子の設計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三谷悠貴，片山竜二，劉 陳燁，正直花奈子，谷川智之，窪谷茂幸，松岡隆志
  • 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 2015春期講演会 第7回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 日本、宮城県、仙台市、東北大学
  • 年月日: 2015-05-07 – 2015-05-08
• [学会発表] Influence of V/III ratio and layer thicknesses on MOVPE-grown N-polar (000-1) InGaN/GaN multiple quantum wells (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shojiki, J. H. Choi, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: Conference on Light-Emitting Devices and it’s industrial application ’15 (LEDIA’15)
  • 発表場所: 日本、神奈川県、横浜市、パシフィコ横浜
  • 年月日: 2015-04-22 – 2015-04-24
  • 国際学会
• [学会発表] MOVPE Growth of GaN onto PLD-Grown AlN Interlayer on GaN Templates (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Yoo, K. Shojiki, T. Tanikawa, S. Kuboya, T. Hanada, R. Katayama, and T. Matsuoka
  • 学会等名: Conference on Light-Emitting Devices and it’s industrial application ’15 (LEDIA’15)
  • 発表場所: 日本、神奈川県、横浜市、パシフィコ横浜
  • 年月日: 2015-04-22 – 2015-04-24
  • 国際学会
• [備考] 松岡研究室HP
  • URL: http://www.matsuoka-lab.imr.tohoku.ac.jp/?TOPPAGE