課題は赤色LEDの高効率化、プラズモニック結晶で実現めざす。課題は赤色LEDの高効率化、プラズモニック結晶で実現めざす。2018.12.152017年10月に着任したばかりの大音隆男助教の研究室では、半導体光物性・ナノ構造物性・プラズモニクスといった分野の研究に取り組んでおり、発光デバイスへの応用を目指している。2014年にノーベル賞を受賞した青色LEDの発明同様に窒化物半導体を用い、さらにナノ構造と表面プラズモンの同時導入により赤色の発光増強に成功。わかっていないことも多く、実験と理論の両側面から探究を続けている。メリットの多い光電子デバイス、それが発光ダイオードLED。可能とした高効率青色LEDの発明」により光の三原色が達成されたことでLEDの応用分野は大きく広がっている。LEDを三原色集積型にすることで、マイクロディスプレイや高機能性の白色光源など、フルカラー応用上でインパクト性の高い次世代デバイスを開拓できると考えられる。nm)の発光を実現することが可能なのだが、窒化物半導体InGaN(窒化インジウムガリウム)で作製すると長波長になるにつれて、発光効率が著しく低下する。赤色の発光効率が非常に低く、改善が求められている。ナノ構造効果により高効率化プラズモニクスで発光増強。した問題の解決を図るために大音研究室では、構造を変えると色や特性が変わる窒化物半導体ナノコラム(ナイワイヤ)アレイ構造に着目。さまざまなナノコラムアレイ構造を作製し、発光特性の変化を調べている。構造のパターン設定は自由自在のため、まず、シミュレーションソフトでモデリングし、どんな特性が得られるかを理論的に評価した上で期待できるナノコラムアレイ構造を実際に作製する。nmのナノホールパターンを形成。Tiマスクを用いた選択成長技術により、同一基板上に同一成長条件でコラム径・周期の異なるナノコラムアレイ構造を同時に作製するというもの。完成した構造にレーザを照射して特性や特質を評価し、次にフィードバックしていく。この構造の導入によって赤色の発光効率の向上は見られたがまだ十分とは言えない。ナノコラム(ナイワイヤ)アレイ構造直径数十〜数百nm、高さ1μm程度の柱状ナノ結晶のこと。画像では同じに見えるが、太さが変わると色や特性が変わる。よる検証直径や周期の異なるナノコラムアレイ構造の電子顕微鏡像と発光像。コラム直径や周期を変化させると、発光色や発光強度が変化することに着目し、高効率な赤色発光が得られる構造を探求している。そこで、大音研究室では従来の作製技術や特性評価を発展させ、ナノコラムアレイ構造と表面プラズモンを同時導入し、“プラズモニック結晶”と呼ばれる「金属/半導体のハイブリッド周期構造」を作製することで発光効率の向上をめざしている。表面プラズモンとは金属/誘電体(半導体)界面に生じる電子の集団的振動で、それを用いた技術をプラズモニクスと呼ぶ。わかりやすい応用例としてはステンドグラスがある。ガラスにさまざまな金属粒子を混ぜることで赤色や青色、黄色といったさまざまな色を実現しているのだ。大音先生は、この金/窒化物半導体のプラズモニック結晶の導入によって5.2倍の著しい発光増強に成功している。ナノ構造と表面プラズモンの同時導入従来のナノコラムアレイ構造をSOG(塗布ガラス)で間を埋め込み、BHF(エッチング剤)でエッチング。そこに金を蒸着させ、金/窒化物半導体のプラズモニック結晶を作製。目標は光デバイスの開発。バンド構造を制御することでエネルギー・光・表面プラズモンの状態・機能を制御できることを利用し、高効率なLED・低閾値ナノレーザや新機能を付加した光電子デバイスへの応用を目指して研究を進めている。いえ、プラズモニック結晶に関してはわかっていないことが多く、実験と理論の両側面から未知の光物性探究、光デバイスの高効率化に挑む。新しい研究室のため現在のメンバーは、大音先生と4年生2名の計3名。「多様なシミュレーションやディスカッション、実験をするにもまだまだメンバー不足。なく、有機半導体など様々な材料系への応用も考えられ、他の研究室とのコラボレーションも視野にあらゆる可能性を追求していく。プラズモニック結晶のシミュレーション左図は、シミュレーションに用いたプラズモニック結晶を上から見た模式図。金色領域は金、青色領域は発光層、緑の六角柱はGaNナノコラムを表す。右図は、金/誘電体界面に発生する表面プラズモン起因の電界強度分布。所属等は2018年当時のものです。他の記事も読む2022.06.30共に暮らし、支え合う。日本語教育ができること。小林正法2022.04.30都市計画は、拡大から共創へ。地域資源を活かして目指す持続可能な地域づくり。高澤由美2022.03.15データサイエンス。実践的な研究で人と地域に貢献。課題解決に挑む実学志向の教育。AI技術で多分野との連携を展望。次世代の果樹栽培をサポート。奥野貴士2021.10.15神経疾患を診る、脳と神経を解明する。太田康之2021.09.30食は、世代や文化を越えて人々と繋がります。シミュレーション研究で高効率化へ。学校の日常を良い方向に導く。千年前の社会に迫る新発見。メンタルケアの新ツールを開発。核子スピン研究の中枢を担う。「山形モデル」の開発・確立に尽力。2020.06.30より良い博物館とは何か。歴史と伝統を守り伝えるために。佐藤琴2020.06.15人工股関節手術の長期成績向上へ。教育も研究もチーム一丸で。高木理彰2020.04.30リチウムイオン電池の性能や安全性向上を目指して。森下正典2020.03.30人が作った"差別"をなくせるか。国際問題の解決へ歩む。中村文子2020.03.15多角的な視点で、スポーツのチームパフォーマンス向上を目指す。2019.09.30空間と可能性を創造する有機EL。