| 研究課題/領域番号 |
26390073
|
|---|
| 研究機関 | 群馬大学 |
|---|
研究代表者 |
三浦 健太 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (40396651)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| キーワード | シリコン / 周期構造 / 発光 / スパッタリング |
|---|
| 研究実績の概要 |
シリコン(Si)系光学材料を発光デバイスに応用しようとする場合，その光取り出し効率の改善が大きな課題となる。これを解決するための手段として，本研究では，フォトニック結晶(Photonic Crystal，以下PhC)構造の適用を試みた。最近，発光ダイオード(LED)にPhC構造を導入して光取り出し効率を向上させる試みがなされている。LEDからの発光は，空気との境界で全反射される成分が存在するため，これが観測される発光強度の低下につながるが，境界にPhC構造を付与することによって，全反射される成分の一部が回折波として透過するようになり，光取り出し効率を改善させることができる。
平成27年度は，基礎検討として，発光材料としてのn型ZnO薄膜（膜厚約1μm）をp型Si基板上にスパッタリング法で成膜し，更にその試料の表面に，二光束干渉露光法を駆使してZnOスパッタ膜からなる一次元周期構造（周期：約1.4μm，深さ：約0.25μm）を形成して発光スペクトルを測定した。一次元周期構造は，広義のPhC構造とみなすことができ，周期構造の有無による発光特性の違いを比較することで，PhC構造の効果を確認することができる。今回は，励起光源としてHe-Cdレーザー（波長325nm）を用いて発光スペクトルを測定したところ，周期構造の有無にかかわらず波長390～400nm付近に発光ピークが観測された一方，周期構造が有る場合は，無い場合に比べ，観測される発光ピーク強度が約5倍にまで向上することを確認できた。
|
| 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
平成27年度は，発光体の表面にPhC構造を形成し，光取り出し効率が改善される効果を確認することが目標であった。前述の通り，広義のPhC構造である一次元周期構造（周期：約1.4μm，深さ：約0.25μm）の試料への付与により，観測される発光ピーク強度を5倍程度にまで高めることに成功し，PhC構造の効果を確認できたため，本年度の目標はほぼ達成できたものと考えている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
PhC構造の格子定数（周期）及び凹凸深さと光取り出し効率との関連性を結合波解析法(Coupled Wave Analysis: CWA)を用いて解析する。簡単のためPhCは一次元周期構造として計算を行い，前述の波長390～400nmにおいて光取り出し効率が最大になるよう凹凸の周期及び深さを設計する。本研究では，二光束干渉露光法を使用しているため，正弦波に近い形状の一次元周期構造を想定して解析を行う。
前述の解析及び設計から周期や凹凸深さを決められた一次元周期構造を試料上に形成し，光の取り出し効率の更なる改善を試みる。周期構造の形成には，平成27年度と同様，二光束干渉露光及び高周波スパッタリングを用いる。所望の周期構造が得られるよう，干渉露光時のフォトレジストの厚さや露光時間を様々に変化させ，作製条件の最適化を行う計画である。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
試料作製に用いるスパッタリングターゲット（消耗品）の消費量が，平成27年度当初の予想より少なかったため，スパッタリングターゲットの購入量が少なく，その分，残額が生じた。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度に前述のスパッタリングターゲットを購入予定である。
|
