| 研究課題/領域番号 |
18K04238
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| 研究機関 | 徳島大学 |
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研究代表者 |
直井 美貴 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90253228)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | サブ波長 / ＬＥＤ |
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| 研究実績の概要 |
本研究の最終目的は，窒化物GaN系発光ダイオード（LED）素子にサブ波長周期構造を適用し，可視から紫外波長域における光特性制御構造を組み込んだメタ表面型GaN系LEDを開発することである。本目的を達成するため，研究初年度の本年度は，サブ波長周期構造内の光状態（固有モード）の形成条件と光伝搬特性に対する理論的な検討，および容易に作製可能なデバイス試作を行い，次年度以降実施するLEDデバイス作製のための基礎検討を行った。
前者では，特に，サブ波長周期構造電極を用いたGaN系発光ダイオードの配向特性制御について理論的検討を行った。有限差分時間領域法を用いた電磁界分布計算により，設計したサブ波長周期構造電極中の固有モードを利用し，レンズなしでLED発光を微小スポットに集光できることを示した。具体的には，発光波長450nmのLEDに対し，周期200nm, 構造高さ50nm, 中心から外側に向かって格子幅を100nmから55nmまで変化させたNi電極を用いると，LED表面から19ミクロンの位置で1.52ミクロンの半値幅で集光できる事を明らかにした。この結果は，サブ波長サイズの単層構造で従来のレンズより小さな領域に集光できる事，また，Ni周期電極を用いることにより電流注入と集光を同時に実現できる点に新規性がある。後者では，LEDの高機能化を念頭に，サブ波長周期構造/導波路構造/ガラス基板構造を用いて，サブ波長共鳴(450nm)と導波路共鳴(510nm)を同時に有するデバイスを試作し，実際に２波長フィルターができることを実験的に明らかにした。本構造も通常のリソグラフィ工程でモノリシックに作製できＬＥＤデバイスへの応用が可能である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画書に記載した研究方法にしたがって，ほぼ予定どおりの基礎的理論検討が実施でき，また，ＬＥＤデバイス応用にむけた試作デバイスも作製できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度で得られた基礎検討に基づき，レンズ特性およびビーム偏向特性を有するメタ表面型ＧａＮ系ＬＥＤの最適設計およびデバイス試作を行うとともに，外部制御による光スイッチ機能を有するＬＥＤの最適構造設計を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画において予想したよりも少ないデバイス試作回数で実験計画を遂行できたこと，また，論文として成果発表した投稿費が無料であったことにより，研究費を次年度に繰り越すことになった。しかしながら，最終目標とする実デバイス作製にはかなりの困難が予想されるため事が明らかになっているので，翌年度経費とあわせて研究経費として使用する予定である。
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