2019年4月 - 2022年3月
ナノコラム結晶による三原色集積型発光デバイスの革新
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
- 課題番号
- 19H00874
- 体系的課題番号
- JP19H00874
- 担当区分
- 研究分担者
- 配分額
-
- (総額)
- 45,760,000円
- (直接経費)
- 35,200,000円
- (間接経費)
- 10,560,000円
多色集積ナノコラムLED二次元配列化の実験を進めた。pn接合型InGaN規則配列ナノコラム結晶のコラム径をコラム軸方向で変化させ実効屈折率分布を作り、光導波機構を内在化させた。波長490nmで半値全幅6.2nmの発光スペクトルを得て、電流増加による半値幅減少を得た。フォトニック結晶効果の発現によって、高い指向性の光放射ビーム特性が得られ、赤色域(波長638nm)でも高放射ビーム指向性LEDが得られ放射角±30°を観測し、薄膜構造LEDの±60°に比べて優れた放射ビーム指向性を得た。コラム周期を一定に保ちコラム径を系統的に変化させ、複数個のpn接合型ナノコラム結晶を作り、フォトニックバンド端のコラム径依存性を調べ、バンド端波長のコラム径制御性を示した。
コラム間隔が大きい規則配列ナノコラムの発光波長のコラム径依存性を調べた。コラム周期500-1100nmに対してコラム径を80-200nmに変化させ、コラム間隔は420-1020nmと広い。ナノコラム集団効果がないナノコラム系でも、発光色のコラム径制御性がみられ、今後、メカニズムの解明が必要である。自己形成法でTiマスクパターンSi基板上にGaNナノコラムを成長して、集団ナノコラムの選択成長を得て、LED結晶の領域限定法を確立した。
pn接合型ナノコラムのクラスタ配列、ハニカム配列の精密成長制御を得た。プラズモニックLEDを狙って、ハニカム格子ナノコラム側面にAu膜を蒸着して、波長570-600nmのLED発光を得た。表面プラズモンの理論共鳴波長は600nm近傍にあり、赤色域プラズモンLEDの可能性が示された。ハニカムおよびカゴメ格子配列ナノコラムのプラズモニック発光増強効果を電磁界FDTD)シミュレーションで解析し、ナノコラム間を金で埋め込んでプラズモニック構造を作製したところ、約4倍のフォトルミネッセンス発光増強を得た。
コラム間隔が大きい規則配列ナノコラムの発光波長のコラム径依存性を調べた。コラム周期500-1100nmに対してコラム径を80-200nmに変化させ、コラム間隔は420-1020nmと広い。ナノコラム集団効果がないナノコラム系でも、発光色のコラム径制御性がみられ、今後、メカニズムの解明が必要である。自己形成法でTiマスクパターンSi基板上にGaNナノコラムを成長して、集団ナノコラムの選択成長を得て、LED結晶の領域限定法を確立した。
pn接合型ナノコラムのクラスタ配列、ハニカム配列の精密成長制御を得た。プラズモニックLEDを狙って、ハニカム格子ナノコラム側面にAu膜を蒸着して、波長570-600nmのLED発光を得た。表面プラズモンの理論共鳴波長は600nm近傍にあり、赤色域プラズモンLEDの可能性が示された。ハニカムおよびカゴメ格子配列ナノコラムのプラズモニック発光増強効果を電磁界FDTD)シミュレーションで解析し、ナノコラム間を金で埋め込んでプラズモニック構造を作製したところ、約4倍のフォトルミネッセンス発光増強を得た。
- ID情報
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- 課題番号 : 19H00874
- 体系的課題番号 : JP19H00874
この研究課題の成果一覧
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論文
2-
Applied Physics Express 14(10) 105002-105002 2021年10月1日 査読有り
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Japanese Journal of Applied Physics 60(6) 060904-060904 2021年 査読有り
講演・口頭発表等
56-
The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-20) 2023年8月4日
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The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-20) 2023年7月31日
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第70回応用物理学会春季学術講演会 2023年3月17日
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第70回応用物理学会春季学術講演会 2023年3月15日
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第70回応用物理学会春季学術講演会 2023年3月15日
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2022年(令和4年)応用物理学会東北支部 第77回 学術講演会 2022年12月2日
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第14回ナノ構造エピタキシャル成長講演会 2022年11月25日
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日本結晶成長学会ナノエピ分科会「第14回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会」 2022年11月24日
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日本結晶成長学会ナノエピ分科会「第14回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会」 2022年11月24日
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第14回ナノ構造エピタキシャル成長講演会 2022年11月24日