| 研究課題/領域番号 |
19H00855
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
石川 史太郎 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (60456994)
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| 研究分担者 |
村山 明宏 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (00333906)
長島 一樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (10585988)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 化合物半導体 / 酸化物 / ナノワイヤ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、「半導体・酸化物複合ナノワイヤ」の高品質合成とその応用で光・電子・スピンを操作した新しい学術・工学を開拓する。化合物半導体の高い電子・光物性と金属酸化物の多様で安定した機能が協働する高機能ナノ材料を提案し、これを用いたフォトニクス・エレクトロニクス・スピントロニクス融合型ナノテクノロジーの創出を目指す。本年度には、研究の基盤となるナノワイヤ試料合成技術の確立と高度化に取り組み、以下に挙げる成果を得ることができた。
まず、酸化物を有するGaAs/AlGaOxヘテロ構造ナノワイヤの大面積化とそれから得られる白色光の特性把握に取り組んだ。GaAs/高いAl組成AlGaAsヘテロ構造ナノワイヤの大容量成長とそれに対する適切な酸化条件を抽出することで、紫外域のLED励起で目視可能な白色蛍光体を得ることができ、その状況をスマートフォンのカメラでも観察記録することに成功した。
ナノワイヤ試料全体の光学特性、構造特性改善のために、加工基板を用いた選択成長を行った。その結果、従来と3倍を超える広いV属/III族元素供給比でのナノワイヤ結晶成長が可能であり、適切なAs供給量を用いることで高精度の構造制御と発光特性改善が得られることが見出された。
通信光源材料、スピンフィルター材料と期待できるGaNAsBi系ナノワイヤの成長では、低温350℃領域で適切な成長条件を探求することで、整ったGaAs/GaNAsBi/GaAsコアーマルチシェルナノワイヤ構造の形成とそこから室温で通信帯域、波長1.2μmの発光を観察することに成功した。
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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
前年度には2インチのSi基板上で基板表面を覆いつくす大面積のGaAsナノワイヤ群を形成することに成功し、本年度は同結果を基盤に同ワイヤ群の機能を拡張することに取り組んだ。
白色光源材料として期待できるAlGaOx酸化物ナノワイヤはその大容量化と目視可能な室温発光観測に成功し、Japanese Journal of Applied Physics誌への報告を行った。
GaNAsBiナノワイヤの良好な構造・発光特性をもつ結晶成長にも世界で初めて成功し、Applied Physics Express誌への報告を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は前年度に確立したナノワイヤ合成技術を踏まえ、成長技術の高度化によるデバイス応用へ有望な材料開発を行うことができた。今後はそれを実際の応用へ繋げる研究を遂行していく。具体的には以下の項目に取り組む。
①可視発光が確かに観測されたAlGaOxナノワイヤのより高い発光強度が得られる条件の探求と、目的である偏光発光特性が得られるプロセス条件を確立していく。②GaAs/TiOナノワイヤへテロ構造の特性評価、光触媒応用の展望を開く。大面積にSi基板上に高品質で形成できたGaAsナノワイヤ群は大出力の光電変換に非常に有望である。この結果を応用へつなげるための基盤技術を構築していく。③希釈窒化物、希釈ビスマスGaAsNおよびGaAsBiナノワイヤの、ファイバー通信帯域となるより長波長近赤外域への展開、量子光学的性能、スピン光学的性能の指針を得る。
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