研究内容紹介

はじめに

当研究室は、光と電子系(電磁波と励起子)の機能を融合する、量子ナノ構造発光・受光・光変換デバイス・材料の研究を行っています。
 各種物質の光励起や消毒殺菌に応用が期待される波長200nm台の深紫外線から、品質の高い照明を実現する可視光線、そして多種用途を持つ近赤外線までの広い波長範囲に相当するバンドギャップを持つ、AlN,GaN,InN等のⅢ族窒化物半導体や、日焼け止めと成分が殆ど同じで安価に紫外線・青色発光ダイオードやコヒーレント光源を作れる可能性のあるZnO,MgO等のⅡ族酸化物半導体、更にはTiO2等の金属酸化物半導体を扱っています。
 これらの結晶の成長には、有機金属化学気相エピタキシー(MOVPE)法、アンモニアソース分子線エピタキシー(NH3-MBE)法、そして独自開発のヘリコン波励起プラスマスパッタエピタキシー(HWPSE)法等を用います。いずれも、原子層レベルで平坦な表面・界面を持つ半導体の超薄膜やナノ構造のエピタキシャル成長が行えます。
 また、メゾスコピック・ナノ構造における電気・光学的特性定量化のため、フェムト秒パルス集束電子線励起による時間・空間同時分解分光を行い、微細領域における励起子やキャリアダイナミクスの研究を行います。また、自家製だけでなく、学内外多くの共同研究機関から提供される構造体のダイナミクス評価も行います。そして、それらを用いた光・電子デバイス(紫外線・純青・純緑色半導体レーザーや光と励起子の連成波デバイス、電界効果トランジスタ等)の形成を行います。2014年ノーベル物理学賞受賞者となった中村修二教授をプロジェクトリーダーとし、本研究分野室長が不均一結晶評価グループリーダーを務め遂行された、科学技術振興機構 創造科学技術推進事業(ERATO)中村不均一結晶プロジェクトの研究成果の一部はサイエンスチャネルで無料配信されています。
 大学院連携講座は工学研究科応用物理学専攻です。他大学から入試を受ける場合、試験に合格すれば研究室定員制限はありません。(極最近の研究成果については「論文リスト」を参照してください。)

秩父研の研究対象

主な研究対象材料

「窒化物半導体」

窒化ガリウム(GaN)は InNやAlNと混晶化させることでバンドギャップエネルギーを0.65~6.04 eVまで変化させることが出来ます。
このため光通信波長(近赤外線)、可視光、紫外線領域を全てカバーできる発光・受光素子材料として応用が可能です。
最近では、窒化物半導体を用いた純青色・深紫外線領域で動作する発光素子開発が盛んに行われています。

「酸化物半導体」

酸化亜鉛(ZnO)は励起子の束縛エネルギーが59 meVと大きく、MgZnOとのヘテロ構造において「励起子効果」が顕著な高効率紫外線光源材料として、また超低閾値紫外線コヒーレント光源(ポラリトンレーザ)への応用が期待されています。

半導体のバンドギャップエネルギー

様々な半導体のバンドギャップエネルギー

研究テーマ

研究内容ダイジェストはTAGEN FOREFRONT 5巻の秩父研記事をご参照ください。