窒化物半導体蛍光体と冷陰極を用いた小型高輝度深紫外ランプの基礎研究

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16560296
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 井上 翼 静岡大学, 工学部, 助手 (90324334)
• 研究分担者: 三村 秀典 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (90144055) ; 石田 明広 静岡大学, 工学部, 教授 (70183738) ; 中西 洋一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00022137)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• キーワード: GaNナノ結晶 / ナノ蛍光体 / ナノワイヤ / カーボンナノチューブ / 紫外線

研究概要

GaNナノ構造を発光源とする深紫外線ランプ実現のための基礎研究を行った。作製したGaNナノ蛍光体サイズは、直径200nm、長さ1μm程度である。TEM観察による構造解析を行った結果、ナノ蛍光体は単結晶であり無転位の高品質結晶であることがわかった。初期成長核とナノ蛍光体の良いサイズ一致から、ナノ蛍光体構造は成長核に大きく依存することが明らかになった。このGaNナノ蛍光体は非常に強いバンド端発光を示す。これは、良好な結晶品質に起因しているといえる。GaNにAlを混合してAlGaNナノ蛍光体を作製した結果、発光波長を367mから346nmまで短波長化することができた。
紫外線ランプの冷陰極材料として、GaNナノワイヤ及びカーボンナノチューブ(CNT)の作製を行った。効果的な電界電子放出を得るため、Vapor-Solid-Liquid成長により直径20nm、長さ5μm程度のVLS成長ナノワイヤ作製に成功した。ナノワイヤについて電界電子放出特性を測定したところ、電子放出電界が13V/μmとなる電界電子放出が得られた。
新規CNT作製方法として、同一装置内で触媒ナノ粒子形成とCNT成長を連続して行うことが可能な方法を考案した。TEM観察より、作製したCNTは多層CNTであることがわかった。多層CNTから、閾値電界が9V/μmとなる良好な電子放出特性が得られた。電流密度は最大100mA/cm^2であり、このCNTは紫外線ランプの冷陰極として十分応用可能な特性を示している。
GaNナノ蛍光体と冷陰極を真空封止した紫外線ランプの試作を行った。冷陰極殻の電子線によるナノ蛍光体励起によりランプを発光させることに成功した。紫外線ランプの発光スペクトルは、GaNナノ蛍光体のエネルギーギャップに相当する366nm付近に中心波長を持ち、単色性が高いという特徴がある。

研究成果

• [雑誌論文] Resonant-tunneling electron emitter in an AlN/GaN system (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishida, Y.Inoue, H.Fujiyasu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 86 ページ: 183102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Growth of Pillarlike GaN Nanostructures (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Takeda, K.Ishino, Y.Inoue, A.Ishida, H.Fujiyasu, H.Kominami, H.Mimura, Y.Nakanishi, S.Sakakibara
  • 雑誌名: Jpn. J. App. Phys. 44 ページ: 5664
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] n3N2 compensated ZnTe films and ZnTe-ZnSe superlattices grown by hot wall epitaxy (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Sakakibara, Y.Inoue, H.Mimura, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu
  • 雑誌名: Applied Surface Science 244 ページ: 343
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Design and Preparation of AlN/GaN Quantum Wells for Quantum Cascade Laser Applications (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishida, K.Matsue, Y.Inoue, H.Fujiyasu, H.-J.Ko, A.Setiwan, J.-J.Kim, H.Makino, T.Yao
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 44 ページ: 5918
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Resonant-tunneling electron emitter in an AlN/GaN system (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishida, Y.Inoue, H.Fujiyasu
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 86 ページ: 183102
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Growth of Pillarlike GaN Nanostructures (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Takeda, K.Ishino, Y.Inoue, A.Ishida, H.Fujiyasu, H.Kominami, H.Mimura, Y.Nakanishi, S.Sakakibara
  • 雑誌名: Jpn.J.App.Phys. 44 ページ: 5664-5666
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Zn3N2 compensated ZnTe films and ZnTe-ZnSe superlattices grown by hot wall epitaxy (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Sakakibara, Y.Inoue, H.Mimura, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu
  • 雑誌名: Applied Surface Science 244 ページ: 343-346
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Design and Preparation of AlN/GaN Quantum Wells for Quantum Cascade Laser Applications (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Ishida, K.Matsue, Y.Inoue, H.Fujiyasu, H.-J.Ko, A.Setiwan, J.-J.Kim, H.Makino, T.Yao
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44 ページ: 5918-5922
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of short period AlN/GaN quantum cascade laser structures (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inoue, H.Nagasawa, N.Sone, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, J.J.Kim, H.Makino, T.Yao, S.Sakakibara, M.Kuwabara
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 265 ページ: 65
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cathodoluminescence of polycrystalline GaN grown by a hot wall epitaxy technique (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inoue, T.Hoshino, S.Takeda, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, H.Kominami, H.Mimura, Y.Nakanishi, S.Sakakibara
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol. (b) 241 ページ: 2717
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Strong luminescence from dislocation-free GaN nanopillars (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inoue, T.Hoshino, S.Takeda, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, H.Kominami, H.Mimura, Y.Nakanishi, S.Sakakibara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 85 ページ: 2340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of short period AlN/GaN quantum cascade laser structures (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inoue, H.Nagasawa, N.Sone, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, J.J.Kim, H.Makino, T.Yao, S.Sakakibara, M.Kuwabara
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 265 ページ: 65-70
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cathodoluminescence of polycrystalline GaN grown by a hot wall epitaxy technique (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inoue, T.Hoshino, S.Takeda, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, H.Kominami, H.Mimura, Y.Nakanishi, S.Sakakibara
  • 雑誌名: Phys.Stat.Sol.(b) 241 ページ: 2717-2721
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Strong luminescence from dislocation-free GaN nanopillars (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inoue, T.Hoshino, S.Takeda, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, H.Kominami, H.Mimura, Y.Nakanishi, S.Sakakibara
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 85 ページ: 2340-2342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [産業財産権] 電子放出素子用の針状電子放出体の製造方法及び電子放出素子の製造方法 (2006)
  • 発明者名: 榊原慎吾, 井上翼, 三村秀典, 石田明広
  • 権利者名: ヤマハ株式会社, 国立大学法人静岡大学
  • 産業財産権番号: 特願2006-77756
  • 出願年月日: 2006-03-20
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より