2014 Fiscal Year Research-status Report
表面プラズモンを利用した有機光デバイスの高効率化技術と深紫外線光源の開発
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26390080
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
桑村 有司 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (10195612)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / 有機光デバイス / 深紫外光源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パネル型有機発光素子の効率が低く，特に光取り出し効率においては発光有機膜で発生した光の80％以上が空気側へ取り出せず損失となっている．安価で高効率の有機白色光源を実現するには，波長400-700nmの可視領域での広帯域で空気側への発光強度を増強する必要がある．アルミ基板表面をArイオンでスパッタしてランダムな凹凸構造を形成した後，銀膜を蒸着した光増強用基板と平らなガラス基板上に銀膜を蒸着した標準基板を準備した．そして両者の基板上に，緑色色素，青色色素をそれぞれ添加した2層のPMMA膜を積層した試料を作製し，フォトルミネッセンスによる発光強度の違いを実測・検討した．凹凸構造の不均一性のため，発光強度にばらつきがみられたものの，光増強用試料は標準試料に比べ，400-600nmの広い波長帯において20倍-10倍の光増強が観測された．10-20倍の発光増強は光取り出し効率の改善だけでは説明できず，光モード密度や電界強度の増加にともなう自然放出遷移確率増強による効果（パーセル効果）も含まれていると推測された．
一方，深紫外光源開発では，ラフネスを有するアルミニウムろ真空界面を伝搬する表面プラスモンを遅延導波路として利用し，電子ビームの群速度と表面プラスモンの位相速度を一致させて表面プラズモンを発生させ，波長110～120nmの光へ散乱させる構想であった．現有する施設では200nmより短い波長帯での観測は難しい．そこで，初年度は，波長200～400nm帯の紫外領域において表面プラスモンを発生させるための表面プラスモン導波路構造や電子加速電圧の条件等を中心に実験を実現するための設計を主に行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
１）積層有機発光膜からのフォトルミネッセンス増強の広帯域化
銀と有機膜界面のラフネスを利用した青色色素/緑色色素添加した2層の有機膜からのフォトルミネッセンス法による発光増強とその波長帯域の広帯域化の実証については可視帯において10-20倍の増強が広い波長帯で実測され，研究実施計画のとおり進行している．問題点としては，アルミニウム基板上に作製したラフネス形状が不均一であるため，発光増強の均一性が少し悪い．これまでは，アルミニウム基板をRFマグネトロンスパッタ装置によるArイオン照射することでエッチングにより，ラフネスを形成していたが，DCスパッタ法なども利用してラフネス形状の均一にすることを試みる．
2）深紫外光源の開発
初年度は，主に紫外光を発生さるための金属膜構造の構造や電子ビームの加速電圧条件等，装置の設計を主に行った．検証実験を行うために真空装置改良や試料の作製準備は行ってきたが，実際に40ｋV程度の電子ビーム加速でアルミニウム膜/真空界面に局在する表面プラズモンを発生して紫外光へ変換ができることを実証するための実験を行うまでには至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
1）有機光デバイスの高効率化
3色の青色色素/緑色色素/赤色色素を添加した有機膜に改良してフォトルミネッセンス光増強の更なる波長広帯域化を実証していく．一方，青色/銀薄膜/緑色/ラフネス銀コートアルミ基板構造として，新たに銀薄膜を追加して3種類以上の表面プラズモンモードを利用して光の状態密度を増やす構造等で，パーセル効果による発光強度の増減効果についても実験的に確かめる予定である．
また，金属膜に形成した光の波長より遥かに小さな開口ホールアレイでは，特定の波長帯において表面プラズモンが関与した透過光の異常増加が発見され，SPP共鳴フィルタと呼ばれ，面発光レーザ光の偏光特性制御に利用できる．今年度は，100％反射鏡と高反射率金属膜で有機発光層を挟んだ素子構成での有機面発光レーザ構造を作製して，光励起によるレーザ発振を試みる計画である．
2）深紫外光源の開発
電子ビーム走行で発生した表面プラズモンを紫外光へ変化させるために金属の表面にランダムな凹凸構造や2次元の周期的な凹凸を刻んだ2次元プラズモニック構造形成する必要がある．前者はアルミ基板をスパッタエッチングする方法，後者は電子ビーム露光と金属薄膜のリフトオフ技術を用いて作製する計画である．2次元回折格子の並びとしては，正方格子もしくは三角格子とする．そして，真空/金属界面に沿って電子ビームを走行させ，紫外光が発生可能なことを実験で検証していく計画である．
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| Causes of Carryover |
残金は13円であり，購入可能な物品がなかっため，次年度へ回した．ほぼ当初計画の通りの支出を行った．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2年目の当初計画の通り支出を行う予定である．
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Research Products
(4 results)
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[Presentation] 半導体光増幅器の周波数雑音特性2014
Author(s)
高島 隆義,牧野嶋 和貴,山田 実,桑村 有司
Organizer
平成26年度電気関係学会北陸支部連合大会
Place of Presentation
富山高等専門学校本郷キャンパス
Year and Date
2014-09-11 – 2014-09-12
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