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・時間分解二光子光電子分光を駆使した表面励起キャリアの再結合過程測定
・時間分解二光子光電子分光を駆使した表面励起キャリアの再結合過程測定
近年、超短パルスレーザを用いた分光技術の開発により、物質中の高速な物理現象の解明が可能になりつつあります。固体中では、電子の相互作用や緩和過程が、数フェムト秒～数百フェムト秒の時間スケールで起こることが知られており、半導体デバイスに注入された電子がエネルギー失活するまでの動的挙動を解明するためには、フェムト秒～ナノ秒程度の高精度な時間分解評価が求められています。本研究室では、フェムト秒パルスレーザ発生装置と光電子分光装置を組み合わせることで、「時間分解２光子光電子分光」測定系を実現し、窒化ガリウム（GaN）系半導体をはじめとする、次世代半導体材料中の電子の動的評価に取り組んでいます。とくに、半導体中の結晶欠陥がデバイス動作に及ぼす影響の解明にむけて、装置開発と物性評価の両面から研究を推進しています。
参考文献
参考文献
S. Ichikawa, Y. Fujiwara, and K. Kojima,
"Visualization of Excited-Electron Relaxation in InGaN Quantum Wells using Time-Resolved Two-Photon Photoemission Spectroscopy",
International Workshop on Nitride Semiconductors 2022, AT 003, Berlin, Germany (Oct. 2022).市川 修平, 毎田 修, 小島 一信,
"二光子光電子分光によるGaAs(110)における表面再結合寿命の評価",
第42回ナノテスティングシンポジウム NANOTS 2022, (15), 千里ライフサイエンスセンター 豊中市 (Nov. 2022).市川 修平, 松田 祥伸, 道上 平士郎, 毎田 修, 船戸 充, 川上 養一, 小島 一信,
"時間分解二光子光電子分光法によるInGaN (0001)の表面キャリア寿命測定",
第70回応用物理学会春季学術講演会, 16a-B401-5, 上智大学四谷キャンパス (March 2023).S. Ichikawa, Y. Matsuda, H. Dojo, M. Funato, Y. Kawakami, and K. Kojima,
"Surface carrier lifetime of (0001) InGaN assessed by time-resolved photoemission spectroscopy",
The 14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14), CH1-2, Fukuoka, Japan (Nov. 2023).
・集積可能な偏光制御デバイスの作製
・集積可能な偏光制御デバイスの作製
光は、"明るさ"や"色"に加えて、"偏光"という情報を含んでいます。偏光は、光の電場が時間の経過とともにどのような向きに振動するかを表したものです。このため、明るさや色と比較して偏光を日常生活の中で意識する機会はほとんどないですが、実はすでに、我々の生活にも応用されています。なかでも、「円偏光」は直線偏光とは異なり、光の特性が座標軸の取り方に依存せず、散乱による影響を受けにくいという大きな特長があり、位置情報を正確に伝えるGPS等にも用いられています。円偏光は近い将来、次世代３Ｄテレビ、植物工場、セキュリティタグ、光情報通信、化学センサーなど、様々な分野への応用が期待されている一方で、その応用のほとんどは未だ実用化に至っていません。本研究室ではこのような状況を打破するため、単一素子で円偏光を効率よく生成・受光でき、さらに集積化が可能な円偏光半導体デバイスの実現を目指して、光の位相制御に基づいた素子設計と実デバイス作製の両面から研究を推進しています。
参考文献
参考文献
Yuki Murata, Shintaro Toda, Yasufumi Fujiwara, Kazunobu Kojima, and Shuhei Ichikawa,
"Metasurface-integrated semipolar (20-21) InxGa1-xN quantum wells towards efficient circularly-polarized LEDs",
Optical Materials Express 16(4), 924 (2026).
DOI: 10.1364/OME.588632
Yohei Taguchi, Yuki Murata, Kyohei Suzuki, Shintaro Toda, Hiroshi Tabata, Kazunobu Kojima, and Shuhei Ichikawa,
"Circularly polarized (0001) InGaN-based LED integrated with GaN metasurface",
Optics Letters 51(5), 1287 (2026).
DOI: 10.1364/OL.587468
・時空間分解発光測定による局所発光機構解明
・時空間分解発光測定による局所発光機構解明
波長200～300 nmの深紫外光は、DNAやタンパク質、生物・生体との相互作用が強いことが知られており、医療、殺菌・浄水、高密度光記録や半導体プロセス用光源などの様々な分野への応用がなされています。フッ素や水銀などの有毒な物質を含み、くわえて低効率・短寿命である深紫外ランプに代わる新たな深紫外発光素子用材料として、AlGaN系の半導体が注目を集めています。とくに近年は、人体への非侵襲性を期待した、波長220~230 nm付近の短波長領域でのUV-LED開発が精力的に進められていますが、短波長での発光を目指した高Al組成AlGaNにおいては、LEDの量子効率が著しく低下することが報告されており、効率の向上が必要不可欠な現状にあります。
我々の研究グループでは、結晶成長の過程で生じた「特有の表面モフォロジーに伴う局在発光」が発光効率に影響を及ぼし得ることを時空間分解発光測定を通じて明らかにし、これらを有効活用した新しいデバイス構造の提案を目指して研究を推進しています。
参考文献
参考文献
Kenjiro Uesugi, Ryota Akaike, Shuhei Ichikawa, Takao Nakamura, Kazunobu Kojima, Masahiko Tsuchiya, and Hideto Miyake,
"230 nm wavelength range far-UVC LED with low Al-composition differentiation between well and barrier layers of MQWs'',
Applied Physics Express 17(4), 042008 (2024).
DOI: 10.35848/1882-0786/ad3e48
M. Hayakawa, S. Ichikawa, M. Funato, and Y. Kawakami,
"AlxGa1-xN-Based Quantum Wells Fabricated on Macrosteps Effectively Suppressing Nonradiative Recombination'',
Advanced Optical Materials 7(2), 1801106 (2019).
DOI: 10.1002/adom.201801106H. Kobayashi, S. Ichikawa, M. Funato, and Y. Kawakami,
"Self-Limiting Growth of Ultrathin GaN/AlN Quantum Wells for Highly Efficient Deep Ultraviolet Emitters'',
Advanced Optical Materials 7(21), 1900860 (2019).
DOI: 10.1002/adom.201900860S. Ichikawa, M. Funato, and Y. Kawakami,
"Dominant Nonradiative Recombination Paths and Their Activation Processes in AlxGa1-xN-related Materials'',
Physical Review Applied 10(6), 064027 (2018).
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.10.064027
・ホストーゲスト材料を用いた新奇光デバイスの開発
・ホストーゲスト材料を用いた新奇光デバイスの開発
半導体デバイスのなかには、母体となるホスト材料中に埋め込まれる形で存在するゲスト材料が威力を発揮するようなデバイスがあります。本研究グループでは、希土類元素を半導体中に埋め込んだ"希土類添加半導体"を利用した超波長安定な電流注入型発光デバイスや、量子ドットがホスト材料中に埋め込まれた形をとる"Dot-in-crystal型ハロゲン化金属ペロブスカイト"を用いた発光冷却デバイスの研究を推進しています。
参考文献
参考文献
S. Yamazaki, S. Ichikawa, T. Iwaya, J. Tatebayashi, and Y. Fujiwara,
"Ultra-stable multiple emission wavelengths produced by Tb-doped AlxGa1−xN-based light-emitting diodes",
Applied Physics Letters 128(26), 261112 (2026).
DOI: 10.1063/5.0331734
A. Takeo, S. Ichikawa, D. Timmerman, J. Tatebayashi, and Y. Fujiwara,
"Preferential formation of highly efficient Eu luminescent centers in Eu-doped GaN grown on semipolar (20-21) GaN",
Applied Physics Letters 128(11), 113304 (2026).
DOI: 10.1063/5.0308400S. Ichikawa, K. Shiomi, T. Morikawa, D. Timmerman, Y. Sasaki, J. Tatebayashi, and Y. Fujiwara,
"Eu-doped GaN and InGaN monolithically stacked full-color LEDs with a wide color gamut'',
Applied Physics Express 14(3), 031008 (2021).
DOI: 10.35848/1882-0786/abe603Yasuhiro Yamada, Takeru Oki, Takeshi Morita, Takumi Yamada, Mitsuki Fukuda, Shuhei Ichikawa, Kazunobu Kojima, and Yoshihiko Kanemitsu,
"Optical Cooling of Dot-in-Crystal Halide Perovskites: Challenges of Nonlinear Exciton Recombination'',
Nano Letters 24(36), 11255 (2024).
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02885
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