研究課題
本研究の目標は、表面プラズモン（SP）共鳴による高効率発光を応用した高効率プラズモニックLEDを開発し、プラズモニクスの光・電子デバイス応用のための基盤技術を確立することである。そのために、① シミュレーションによる金属ナノ構造の最適化、プラズモニックLEDの設計、② 高品質InGaN/GaN量子井戸の結晶成長とそれに基づいた高効率LEDの作製、③ 各種金属ナノ構造の作製とサイズ・形状・間隔・密度の制御、④ 光励起・ナノプローブ励起・電流駆動による光学特性評価、⑤ SP共鳴の効果を残したまま電流駆動で発光するLEDデバイスの作製、の５つの課題に取り組んだ。①は有限差分時間領域（FDTD）法と厳密結合波解析（RCWA）法を駆使し、有効なデバイス構造を最適化することができた。②はP層のMgドーピング量を調節することにより、20nmの超膜厚においてPN接合を形成し、LEDとして動作することを確認できた。③は通常用いられる銀、金、アルミニウムの他に、インジウム、ガリウム、タンタルを用いたナノ微粒子構造の作製に成功し、紫外～可視の広い波長域でSP共鳴が得られた。またSPモードの結合による共鳴波長チューニングの方法を考案し、フレキシブルな共鳴波長制御に成功した。④は約4000個の素子構造について、積分球を用いて外部量子効率を測定し、効率ドループの影響を評価した。また新たにチップエンハンス近接場顕微分光を構築し、ナノスケールでの光学特性評価に成功した。⑤はこれまで得られた知見に基づいて設計したLEDデバイスを作製し、電流注入においてもSP共鳴の効果によって高効率化することを実証し、デバイス化に成功した。SP共鳴発光の特徴である発光寿命の高速化も、時間分解発光測定によって確認した。実用化には更なるデバイス構造の最適化を要するが、本研究によって、その実現可能性の確証を得ることができた。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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