| 研究課題/領域番号 |
24360114
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
本久 順一 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60212263)
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| 研究分担者 |
笹倉 弘理 北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (90374595)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | ナノワイヤ / 発光ダイオード / 光共振器 / 光取り出し効率 / 量子ドット / 励起子スピン緩和 |
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| 研究概要 |
平成24年度はナノワイヤによる発光素子の実現・評価のため、以下の3点を中心に研究を行った。(1)InPナノワイヤアレイを用いて作製した発光ダイオード(LED)の放射パターンの測定とその理論的検討を行った。ナノワイヤLEDの上部、試料鉛直線から角度θだけ傾けた位置に光ファイバ配置し、ファイバで集光された光の強度・スペクトルを角度θの関数として測定したところ、ナノワイヤの断面寸法、長さによらずθ=0°で放射強度が極小となることが明らかとなった。これはナノワイヤが光を放出する際に光に対するダイポールアンテナのような特性を持つため、ナノワイヤに沿った方向の放射が存在しないしためとして理解できる。さらにこのような特徴的な放射パターンがナノワイヤアレイの間隔aに対し、a大ほど明瞭となることが明らかとなった。これらのことを確認するため、有限時間差分(FDTD)法と近接場-遠方場変換を組み合わせることによって、ナノワイヤからの光放射パターンについて理論計算を行い、これらのような直感的な説明が正しいことを確認した。(2)InPナノワイヤ中に形成したInAsP量子ドットの発光過程で重要となる励起子スピン緩和について評価した。その結果、横緩和は量子ドット周辺に存在する電荷のゆらぎによって誘起されたmotional narrowingに依存していること、また縦緩和はランダムな偏光成分として発光特性に大きな影響を与えていることを明らかにした。(3)発光効率の向上ならびに光共振器を用いて光取り出し効率を向上させるため、GaAsナノワイヤに対する横方向成長過程の検討と、横方向成長したナノワイヤの発光特性を評価した。適切な成長条件のもと、ナノワイヤ横方向成長方向の量は、横方向成長前の断面寸法・長さに依存するものの、成長した結晶の堆積はナノワイヤサイズにほとんど依存しないことが明らかとなった。さらにナノワイヤを横方向成長させることにより発光強度が増大し、この増大は成長前後のナノワイヤの体積比よりもはるかに大きいことを示した。
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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
ナノワイヤLEDの発光特性・放射パターン評価、およびナノワイヤ量子ドットの発光特性の評価ついては当初の予定どおり進行している。pn接合素子の作製についてはp形試料の作製が順調に進んでいないため遅れている面もあるが、一方で、発光効率改善のため光共振器としての新たに検討を開始していることから、全体としてはおおむね順調と評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
ナノワイヤLEDの発光特性の解明をさらに深めるとともに、共振器を利用した発光効率・光取り出し効率の向上に向けた研究を行う。また、単一のナノワイヤLEDおよび量子ドットを含むナノワイヤLEDの作製を行う。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
LED作製プロセスは次年度も引き続き検討する必要があり、ナノワイヤLED作製のために必要となる電極材料を次年度に購入する。
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