2016 Fiscal Year Annual Research Report
発光現象を強く増強・抑制できる光ナノ構造の提案と作製
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26706003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | GaN |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度までに確立した絶対輻射量子効率測定系を用いて、高品質GaN単結晶およびZnO単結晶の連続光励起およびパルス光励起下における効率評価を行った。このような実験は、GaNやZnOといった超ワイドバンドギャップ材料における、擬平衡状態および非平衡状態のキャリアダイナミクスを解明するために、非常に強力な方法になると考えられる。また、特にZnOにおいては、励起キャリア濃度を変化させることで、非輻射再結合中心のイオン化率が大きく変化することが分かった。これにより、励起条件に応じて、発光寿命と内部量子効率が連動して大きく変化することが明らかとなった。これは、当初想定していなかった原理に基づく、発光抑制の程度を制御させることができる新しい機構であると言える。また、絶対輻射量子効率測定は、光学評価一般の弱みである定量性を、積分球を用いることで克服するための、具体的な道筋を与える可能性を示すものとして考えられると言える。
一方、GaN等の材料に光ナノ構造を作製するために、加工プロセスの確立を目指した実験環境整備および条件の探索を開始した。光共振器の構造設計は数値計算によって既に完了しているため、これを実現するために必要なハードマスク堆積、電子線描画装置の描画条件探索、ドライエッチング条件の探索等を進めた。ハードマスクについては、SiO2を想定していた。また、ドライエッチングにおけるエッチャントガスには、塩素ガスを用いた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初想定していなかった、ZnOにおける非輻射再結合中心のイオン化率制御によって、発光抑制の程度を変調できることを見出したことは、大きな成果であると考えられる。しかしながら、光ナノ構造の作製については、東北大学内の共用装置を用いて進める必要があり、装置の制約や条件の安定性・再現性の確保などが課題となり、本年度内に完了することができなかった。このため、やや遅れていると判断せざるを得ない状況である。
一方、研究成果にもあるように、超ワイドギャップ半導体単結晶における内部量子効率の絶対値測定法の確立や、擬平衡/非平衡条件における発光寿命と内部量子効率の相関関係を明らかにするという、大きな成果を得た年度でもあった。これらは、発光の物理を光ナノ構造によって制御すること、さらにはそのような構造の評価を行うに当たり、極めて有用な測定方法および知見であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年の研究期間延長を行い、構造の作製プロセスを一貫して立ち上げたうえで、当初予定にあった光ナノ構造の作製を実施する。同時に、絶対輻射量子効率測定については、絶対評価の強みを活かして、単結晶における点欠陥評価への応用を検討したいと考えている。
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[Presentation] High Quality Bulk GaN Crystal Grown by Acidic Ammonothermal Method2016
Author(s)
M. Saito, Q. Bao, K. Kurimoto, D. Tomida, K. Kojima, Y. Kagamitani, R. Kayano, T. Ishiguro, and S. F. Chichibu
Organizer
9th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HTCMC-9) and Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development (GFMAT 2016)
Place of Presentation
Toronto, Canada
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research / Invited
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