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2005 年度 研究成果報告書概要

近接場光学法による窒化物半導体ナノ構造の発光機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 15206033
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関京都大学

研究代表者

川上 養一  京都大学, 工学研究科, 助教授 (30214604)

研究分担者 船戸 充  京都大学, 工学研究科, 講師 (70240827)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
キーワード近接場分光 / フォトルミネッセンス / 発光ダイナミクス / マルチプローブ技術 / 先進フォトセンシング / 窒化物半導体 / 量子ナノ構造 / 超高効率発光
研究概要

本研究は,近接場光学顕微分光法(SNOM-PL)によってInGaN/GaN系量子井戸のナノ領域での発光再結合過程を解明・制御し,ダイオード,レーザダイオード,新蛍光体の発光効率,波長域拡大などの特性を飛躍的に向上させることを目的としている。そのためには,三次元的な微小構造を利用した高効率発光素子や多色発光素子などを作製し,SNOM-PLによって明らかにされた基礎物性をフィードバックさせることによって研究を推進している。具体的には,以下の主要な知見が得られた。
(1)原子間力顕微鏡(AFM)とSNOM-PLの複合化によって転位と非発光領域の相関や弱発光領域まわりでのポテンシャル揺らぎの存在をマッピングすることに成功した。さらに,マルチモードSNOMと時間分解PLを併用することにより,弱発光領域およびその近傍において,ポテンシャルエネルギーが高くなっており,その周りのポテンシャルの非等方的な揺らぎによってキャリアの拡散方向や拡散長が制限され,その結果として非発光中心への捕獲確率が抑制されているという機構が明らかにされた。
(2)C面のサファイア基板上に成長したGaNエピ層を反応性イオンエッチングによってストライプ状に加工し,それをテンプレートとして再成長することで,新たに,[1122]ファセットが形成されることがわかった。このファセットの上に形成された量子井戸からの発光内部量子効率は,他のどの面からよりも高く,ピエゾ電界が大幅に低減されると共に,非輻射再結合中心の低減された高品質活性層が形成できることが示された。その結果,可視全域で高い効率で発光するマイクロレインボー構造が開拓された。

  • 研究成果

    (36件)

すべて 2006 2005 2004 2003

すべて 雑誌論文 (30件) 図書 (6件)

  • [雑誌論文] The fabrication of an Atomic Resolution Low Cost STM-SNOM Hybrid Probe2006

    • 著者名/発表者名
      R.Micheletto, M.Yokokawa, S.Okazaki, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology 6

      ページ: 72-76

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Observation of a nanometer size confined transient phenomenon at the gold STM tip interface under UV illumination2006

    • 著者名/発表者名
      R.Micheletto, M.Yokokawa, Y.Ding, D.Hobara, T.Kakiuchi, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Colloid and Surfaces A : Physicochem. Eng. Aspects 273

      ページ: 189-192

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Observation of optical instabilities in the photoluminescence of InGaN quantum well2006

    • 著者名/発表者名
      R.Micheletto, M.Abiko, A.Kaneta, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 88

      ページ: 61118-61120

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Observation of a nanometer size confined transient phenomenon at the gold STM tip interface under UV illumination2006

    • 著者名/発表者名
      R.Micheletto, M.Yokokawa, Y.Ding, D.Hobara, T.Kakiuchi, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Colloid and Surfaces A : Physicochem.Eng.Aspects 273

      ページ: 189-192

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Confined waveguide behaviour of Distributed Bragg Reflectors probed by polarization-controlled Near Field Optical Microscopy2005

    • 著者名/発表者名
      P.G.Gucciardi, M.Allegrini, R.Micheletto, T.Kotani, Y.Hatada, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Journal of the Korean Physical Society 47

      ページ: S100-S107

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of GaN-based distributed Bragg reflector mirrors for low lasing threshold and integrated photonics2005

    • 著者名/発表者名
      T.Kotani, Y.Hatada, M.Funato, Y.Narukawa, T.Mukai, Y.Kawakami, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (c) 2

      ページ: 2895-2898

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Near-field photoluminescence study in violet light emitting InGaN single quantum well structures2005

    • 著者名/発表者名
      A.Kaneta, D.Yamada, G.Marutsuki, Y.Narukawa, T.Mukai, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (c) 2

      ページ: 2728-2731

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Nano probing of the membrane dynamics of rat pheochromocytoma by near field optics2005

    • 著者名/発表者名
      R.Piga, R.Micheletto, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Biophysical Chemistry 117

      ページ: 40-45

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Dynamical polarization filtering in anisotropically strained M-plane GaN films2005

    • 著者名/発表者名
      K.Omae, T.Fissikowski, P.Misra, O.Brandt, H.T.Grahn, K.Kojima, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 86

      ページ: 191909/1-3

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Efficient rainbow color luminescence from In_xGa_<1_x>N single quantum wells fabricated on {1122} microfacets2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nishizuka, M.Funato, Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87

      ページ: 231901/1-3

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Near-field scanning optical microscopic transient lens for carrier dynamics study in InGaN/GaN2005

    • 著者名/発表者名
      K.Okamoto, A.Sherer, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87

      ページ: 161104/1-3

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Surface plasmon enhanced spontaneous emission rate of InGaN/GaN quantum wells probed by time-resolved photoluminescence spectroscopy2005

    • 著者名/発表者名
      K.Okamoto, I.Niki, A.Sherer, Y.Narukawa, T.Mukai, Y.Kawakami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87

      ページ: 071102/1-3

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Efficient rainbow color luminescence from In_xG_<1_x>N single quantum wells fabricated on {112^^-2} microfacets2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nishizuka, M.Funato, Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87

      ページ: 231901/1-231901/3

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Indium Concentration on PL Spatial Inhomogeneity in InGaN Single Quantum Well Structures Detected by Original Low Cost Near-field Probes2004

    • 著者名/発表者名
      R.Micheletto, N.Yoshimatsu, A.Kaneta, Y.Kawakami, S.Fujita
    • 雑誌名

      Applied Surface Science 229

      ページ: 338-345

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Submicron-scale photoluminescence of InGaN/GaN probed by confocal scanning laser microscopy2004

    • 著者名/発表者名
      K.Okamoto, J.Choi, Y.Kawakami, M.Terazima, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 43

      ページ: 839-840

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Optically pumped lasing and gain formation properties in blue In_xGa_<1_x>N MQWs2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kojima, A.Shikanai, K.Omae, M.Funato, Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      physica status solidi (b) 241

      ページ: 2676-2680

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Efficient radiative recombination from <1122> -oriented InGaN multiple quantum wells fabricated by the re-growth technique2004

    • 著者名/発表者名
      K.Nishizuka, M.Funato Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 85

      ページ: 3122-3124

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Optically pumped lasing and gain formation properties in blue In_xGa_<1-x>N MQWs2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kojima, A.Shikanai, K.Omae, M.Funato, Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (b) 241

      ページ: 3676-2680

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Efficient radiative recombination from <112^^-2> -oriented InGaN multiple quantum wells fabricated by the re-growth technique2004

    • 著者名/発表者名
      K.Nishizuka, M.Funato, Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 85

      ページ: 3122-3124

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Optical properties of Si-, Ge- and Sn-doped GaN2003

    • 著者名/発表者名
      A.Shikanai, H.Fukahori, Y.Kawakami, K.Hazu, T.Sota, T.Mitani, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica. Status. Solidi (b) 235

      ページ: 26-30

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Nonradiative recombination processes of carriers in InGaN/GaN probed by the microscopic transient lens spectroscopy2003

    • 著者名/発表者名
      K.Okamoto, K.Inoue, Y.Kawakami, M.Terazima, A.Tsujimura, I.Kidoguchi, S.Fuiita
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 74

      ページ: 575-577

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Recombination dynamics in low-dimensional nitride semiconductors2003

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawakami, A.Kaneta, K.Omae, A.Shikanai, K.Okamoto, G.Marutsuki, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (b) 240

      ページ: 337-343

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Sub-microscopic transient lens spectroscopy of InGaN/GaN quantum wells2003

    • 著者名/発表者名
      K.Okamoto, Y.Kawakami, S.Fujita, A.Scherer
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (b) 240

      ページ: 368-371

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] The hot carrier dynamics in InGaN multi-quantum well structure2003

    • 著者名/発表者名
      A.Shikanai, K.Kojima, K.Omae, Y.Kawakami, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (b) 240

      ページ: 392-395

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Effects of internal electric field on transient absorption in In_xGa_1-_xN thin layers and quantum wells with different thickness by pump and probe spectroscopy2003

    • 著者名/発表者名
      K.Omae, Y.Kawakami, S.Fujita, Y.Narukawa, T.Mukai
    • 雑誌名

      Physical Review B 68

      ページ: 085303/1-5

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Discrimination of local radiative and nonradiative recombination processes in an InGaN/GaN single-quantum-well structure by a time-resolved multimode scanning near-field optical microscopy2003

    • 著者名/発表者名
      A.Kaneta, T.Mutoh, G.Marutsuki, Y.Narukawa, T.Mukai, Y.Kawakami, S.Fujita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 83

      ページ: 3462-3464

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Optical properties of Si-,Ge- and Sn-doped GaN2003

    • 著者名/発表者名
      A.Shikanai, H.Fukahori, Y.Kawakami.K.Hazu, T.Sota, T.Mitani, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica.Status.Solidi (b) 235

      ページ: 26-30

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Nonradiative recombination processes of carriers in InGaN/GaN probed by the microscopic transient lens spectroscopy2003

    • 著者名/発表者名
      K.Okamoto, K.Inoue, Y.Kawakami.M.Terazima, A.Tsujimura, I.Kidoguchi, S.Fujita
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 74

      ページ: 575-577

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Recombination dynamics in low-dimensional nitride semiconductors2003

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawakami.A.Kaneta, K.Omae, A.Shikanai, K.Okamoto, G.Marutsuki, Y.Narukawa, T.Mukai, S.Fujita
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (b) 240

      ページ: 337-343

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Effects of internal electric field on transient absorption in In_xGa_<1-x>N thin layers and quantum wells with different thickness by pump and probe spectroscopy2003

    • 著者名/発表者名
      K.Omae, Y.Kawakami, S.Fujita, Y.Narukawa, T.Mukai
    • 雑誌名

      Physical Review B 68

      ページ: 085303/1-085303/5

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [図書] Recombination dynamics in In_xGa_<1_x>N-based nanostructures in Progress in Nano-Electro-Optics IV2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawakami, A.Kaneta, K.Omae, Y.Narukawa, T.Mukai (分担執筆)
    • 総ページ数
      83-125
    • 出版者
      Springer-Verlag Berlin Heidelberg
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [図書] Polarization-Modulation Techniques in Near-Field Optical Microscopy for Imaging of Polarization Anisotropy in Photonic Nanostructures in Applied Scanning Probe Methods II : Scanning Probe Microscopy Techniques2005

    • 著者名/発表者名
      P.Gucciardi, R.Micheletto, Y.Kawakami, M.Allegrini(分担執筆)
    • 総ページ数
      317-356
    • 出版者
      Springer-Verlag Berlin Heidelberg
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [図書] O Plus E 2005年12月号 特集 近接場光とナノデバイス(分担執筆) 「近接場分光によってInGaNナノ構造の発光機構に迫る」2005

    • 著者名/発表者名
      金田昭男, 船戸充, 川上養一, 成川幸男, 向井孝志(分担執筆)
    • 総ページ数
      1410-1417
    • 出版者
      新技術コミュニケーションズ
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [図書] Recombination dynamics in In_x/Ga_<1-x>N-based nanostructures, Progress in Nano-Electro-Optics IV2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Kawakami, A.Kaneta, K.Omae, Y.Narukawa, T.Mukai
    • 総ページ数
      83-125
    • 出版者
      Springer Verlag Berlin Heidelberg
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [図書] Polarization-Modulation Techniques in Near-Field Optical Microscopy for Imaging of Polarization Anisotropy in Photonic Nanostructures, Applied Scanning Probe Methods II : Scanning Probe Microscopy Techniques2005

    • 著者名/発表者名
      P.Gucciardi, R.Micheletto, Y.Kawakami, M.Allegrini
    • 総ページ数
      317-356
    • 出版者
      Springer Verlag Berlin Heidelberg
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [図書] 新しいフォトニクス時代の材料とデバイス,第8章1節2003

    • 著者名/発表者名
      藤田茂夫(分担執筆)
    • 総ページ数
      182-190
    • 出版者
      株式会社TIC
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より

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公開日: 2007-12-13  

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