原子レベル構造制御で新概念の電子材料を創造する
物質が数100nm(ナノメートル, =1/10億 メートル)以下のサイズになると, 普通の大きさとは大きく異なる性質が現れるようになります。現在の半導体技術は, このようなサイズでトランジスタやレーザーが作られ, スマートフォンなど身近な電子機器に使用されています。III-V属半導体エピタキシャル成長, ダイヤモンドも合成可能な高温・高圧合成法を技術基盤に, 電気を利用したあらゆる場面で機能を発揮する半導体に興味を持ち, 既存性能を凌駕し, 次世代電子デバイスを生み出すナノスケール半導体材料の開拓を目指します。

   

愛大Infinity でも研究が紹介されています
書籍:Novel Compound Semiconductor Nanowires, Amazonはこちら


ナノワイヤ

半導体/酸化物複合ナノワイヤ
半導体と酸化物を組み合わせることで, それらの特徴を融合した, 新機能ナノワイヤの実現とその応用を目指しています。本研究では化合物半導体GaAsと酸化物AlGaOxコア-シェル構想ナノワイヤの合成に成功するとともに, そこから酸化物のナノ粒子に起因して発生する特徴的な白色発光を発見しました。さらに同ワイヤ群からの室温発光過程について検証し, 新しい白色光源としての可能性を示しました。

参考:
(Al,Ga)Ox microwire ensembles on Si exhibiting luminescence over the entire visible wavelength range, F. Ishikawa*, P. Corfdir, U. Jahn, O. Brandt, Advanced Optical Materials, 4, 2017, 2016. , Also highlighted as Frontispiece.
Selective synthesis of compound semiconductor/oxide composite nanowires, H. Hibi, M. Yamaguchi, N. Yamamoto, and F. lshikawa*, Nano Letters, 14, 7024, 2014.


希釈窒化物および希釈ビスマス半導体ナノワイヤ
化合物半導体GaAsは従来高速トランジスタや光通信用高性能半導体レーザーやその光検出などに用いられる高機能材料です。近年同半導体にBiやNを導入した混合結晶GaAsBiおよびGaAsNとすることで, 特に通信帯域の発光効率や温度安定性の劇的向上が予測され,その高品質結晶合成やレーザー応用が試みられています。私たちは初めてGaNAsナノワイヤ, GaAsBiナノワイヤの結晶合成にそれぞれ成功するとともに,同結晶の構造・光学的特徴を明らかにしました。また,GaNAsナノワイヤのレーザー発振にも成功しました。

参考:
Dilute Nitride Nanowire Lasers Based on a GaAs/GaNAs Core/Shell Structure, Shula Chen, Mattias Jansson, Jan E. Stehr, Yuqing Huang, Fumitaro Ishikawa, Weimin M. Chen, Irina A. Buyanova, Nano Letters, 17, 1775, 2017.
Strongly polarized quantum-dot-like light emitters embedded in GaAs/GaNAs core/shell nanowires, S Filippov, M Jansson, J E Stehr, J Palisaitis, P Persson, F Ishikawa, W M Chen, I Buyanova, Nanoscale, 8, 15939, 2016.
Metamorphic GaAs/GaAsBi heterostructured nanowires, F. Ishikawa*, Y. Akamatsu, K. Watanabe, F. Uesugi, S. Asahina, U. Jahn, and S. Shimomura, Nano Letters, 15, 7265, 2015.
Suppression of non-radiative surface recombination by N incorporation in GaAs/GaNAs core/shell nanowires, S. L. Chen, W. M. Chen, F. Ishikawa, and I. A. Buyanova, Scientific Reports, 5, 11653, 2015.
Growth of dilute nitride GaAsN/GaAs heterostructure nanowires on Si substrates, Y. Araki, M. Yamaguchi, and F. Ishikawa*, Nanotechnology, 24, 065601, 2013.

高温・高圧合成による「半導体ダイヤモンド」の実現

愛媛大学独自の合成技術で半導体材料としてのダイヤモンドを確立する!
愛媛大学では世界最大級の超高圧発生装置で, 通常のダイヤモンドよりも高硬度なナノ多結晶ダイヤモンド“ヒメダイヤ”の合成や, その高品質化・大型化に成功しています。本プロジェクトではこのヒメダイヤ高温・高圧合成技術を有する地球深部ダイナミクス研究センターと連携し, これを半導体作製技術として応用することで, 新電子デバイス材料としての「半導体ダイヤモンド」を確立します。
*下は最初に試作したダイヤモンドの断片(左)と, 偶然発生したマイクロスケールのピラミッド型ダイヤモンド(右, 第10回JSAPフォト&イラストコンテスト 優秀賞受賞)

愛媛大学 リサーチユニットとして活動しています
使ってください愛媛の力で研究が紹介されています

ダイヤモンドは物質中で最高の熱伝導度や硬度に加え, 優れた半導体としての特性を併せ持ち, 究極の半導体とも呼ばれています。現在省エネルギー素子として大きく期待される電力変換パワー半導体デバイスは, 家電から各種輸送機器に至るまで, 従来のSiから, SiCや青色LEDへも利用されるGaNといった新半導体材料へ次々と置き換えられています。その中で, それら材料を今後凌駕する可能性は, 現在ダイヤモンドが唯一無二に有しています。そのような中本研究では, 愛媛大学で発明, 確立されたヒメダイヤ合成技術を用い, 高い半導体特性を持つダイヤモンドを作製するとともに, 特に困難とされる, ダイヤモンド合成時点で電気伝導性のコントロールを可能とする技術確立に取り組みます。これにより, ダイヤモンド合成体そのものを未加工でデバイスへ応用可能とするような, 画期的産業応用型半導体ダイヤモンドを実現します。ひいては次世代の高性能パワー半導体への展望を拓くことで, 低消費エネルギー, 安心, 安全社会に貢献することを目指します。


参考:
Electronic properties of nano-polycrystalline diamond synthesised by high-pressure and high-temperature technique, Rei Fukuta, Fumitaro Ishikawa,Akihiro Ishikawa, Kohsuke Hamada, Masafumi Matsushita, Hiroaki Ohfuji, Toru Shinmei, Tetsuo Irifune, Diamond and Related Materials, 84, 66, 2018.

愛媛大学広報

                2017.10.3 トピックス(研究) 福田君の作品「ピラミッドダイヤ」が2017年応用物理学会秋季学術講演会JSAPフォト&イラストコンテスト優秀賞受賞
                 2017.1.11 トピックス(研究) 白色発光ワイヤの論文がAdvanced Optical Materials誌のハイライトに
                2016.1.27 愛大Infinity 白色発光を伴う化合物半導体/酸化物複合ナノワイヤの実現
                2015.11.9 トピックス(研究) GaAsBiナノワイヤに関する研究成果をNano Letters誌に発表
                平成28年教員の実績ハイライト                 平成27年教員の実績ハイライト

受賞

            応用物理学会 2016年春季学術講演会 Poster Award 分子線エピタキシーによるSi(111)基板上GaAs/GaAsBiコア-シェルナノワイヤ成長
石川史太郎, 赤松良彦, 渡辺健太郎, 上杉文彦, 朝比奈俊輔, Uwe Jahn, 下村哲
                応用物理学会 2015年春季学術講演会 Poster Award 白色発光を伴う水蒸気酸化GaAs/AlGaAs ヘテロ構造ナノワイヤ
石川 史太郎, 日比 秀昭, 山本 直紀


<指導学生の受賞など>             応用物理学会 2017年秋季学術講演会 第10回JSAPフォト&イラストコンテスト 優秀賞 「ピラミッドダイヤ」
福田玲, 石川史太郎, 山本直也, 松下正史, 大藤弘明, 新名亨, 入舩徹男

NEC C&C財団 国際会議論文発表者助成 2017年7月 高田恭兵(M2), 8th International Workshop on Bismuth-Containing Semiconductors, Marburg, Germany

丸文財団海外渡航助成 2017年5月 矢野康介(M1), Compound Semiconductor Week 2017, Berlin, Germany

NEC C&C財団 国際会議論文発表者助成 2016年5月 西岡康平(M2), 229th ECS Meeting, San Diego, USA

丸文財団海外渡航助成 2015年7月 赤松良彦(M2), Compound Semiconductor Week 2016, Santa Barbara, USA

プロジェクト

               科学研究費補助金 ・挑戦的研究 (萌芽), H29-30年度, 電気電子工学およびその関連分野, 代表
  ナノ多結晶半導体ダイヤモンド創出にむけた新規ドーピング技術の確立

・若手研究 (A), H28-31年度, ナノ材料工学, 代表
  半導体・酸化物複合ナノワイヤ材料の確立と光触媒応用

・挑戦的萌芽研究, H27-28年度, 電子・電気材料工学, 代表
  高温・高圧合成によるキャリア制御型半導体ダイヤモンドの確立

・若手研究 (A), H23-25年度, 応用物性・結晶工学, 代表
  希釈窒化物半導体光源を用いた誘電体ロッド型フォトニック結晶レーザの創出

・基盤研究 (B), H20-24年度, 電子・電気材料工学, 分担
  III-N-V半導体における原子緩和に関する研究

・特定領域研究, H18-22年度, 分担
  再現性に優れるGaInNAs結晶技術の確立および長波長半導体レーザへの適用


民間財団助成 ・加藤科学振興会 研究助成, H27-28年, 代表
  新エレクトロニクス材料としての化合物半導体/酸化物融合ナノワイヤ確立

・村田学術振興財団 研究助成, H26-27年, 代表
  半導体・酸化物融合による新材料ナノワイヤエレクトロニクスの創出

・倉田記念日立科学技術財団 倉田奨励金, H25年, 代表
  希釈窒化物半導体GaAsNナノワイヤの結晶成長とフォトニック結晶展開

・光科学技術研究振興財団 研究助成, H22-23年, 代表
  極薄窒化層導入による新手法半導体バンドエンジニアリングの創製


共同研究 ・住友電気工業, H29-30年, 代表
  タイプ2量子井戸型中赤外光検出器用エピタキシャルウェハの研究開発