福山 敦彦 (フクヤマ アツヒコ)

FUKUYAMA Atsuhiko

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所属

工学教育研究部 工学科応用物理工学プログラム担当

職名

教授

外部リンク

学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(工学) ( 2000年3月   東北大学 )

  • 修士(工学) ( 1993年3月   宮崎大学 )

  • 学士 ( 1991年3月   宮崎大学 )

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 電気電子材料工学

  • ナノテク・材料 / ナノ構造物理

  • ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

  • ナノテク・材料 / 応用物性

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Lifetime of photoexcited carriers in space-controlled Si nanopillar/SiGe composite films investigated by a laser heterodyne photothermal displacement method 査読あり

    T. Harada, D. Ohori, K. Endo, S. Samukawa, T. Ikari, and A. Fukuyama

    Journal of Applied Physics   133   125703-1 - 125703-7   2023年3月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Applied Physics  

    The laser heterodyne photothermal displacement (LH-PD) method was used to characterize the nonradiative recombination centers of semiconductors, such as defects and deep-lying electronic levels. When a semiconductor surface is irradiated with a modulated continuous wave laser, the irradiated area is periodically heated and expanded owing to the nonradiative recombination of the photoexcited carriers. The LH-PD can measure an absolute value of surface displacement and its time variation at various excitation beam frequencies (f e x). Si and GaAs substrate samples were used to confirm the usefulness of the proposed method. The obtained time variation of the surface displacement was well explained by theoretical calculations considering the carrier generation, diffusion, recombination, heat diffusion, and generated thermal strain. Because nonradiative carrier recombination generates local heat at defects in semiconductors, the LH-PD technique is useful for analyzing defect distributions. Additionally, measurements of intentional Fe-contaminated Si samples confirmed that this technique is suitable for defect mapping. Displacement mapping with changing f e x suggests the potential to measure the distribution of nonradiative recombination centers in the sample depth direction.

    DOI: https://doi.org/10.1063/5.0146578

  • Photothermal investigation for optimizing a lattice strain relaxation condition of InGaAs/GaAsP superlattice photovoltaic structures from a nonradiative transition point of view 査読あり

    A. Fukuyama, N. Yamamoto, R. Furukawa, M. Sugiyama, T. Ikari

    Journal of Physics D: Applied Physics   56   045101-1 - 045101-9   2022年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Applied Physics  

    The laser heterodyne photothermal displacement (LH-PD) method was used to characterize the nonradiative recombination centers of semiconductors, such as defects and deep-lying electronic levels. When a semiconductor surface is irradiated with a modulated continuous wave laser, the irradiated area is periodically heated and expanded owing to the nonradiative recombination of the photoexcited carriers. The LH-PD can measure an absolute value of surface displacement and its time variation at various excitation beam frequencies (f e x). Si and GaAs substrate samples were used to confirm the usefulness of the proposed method. The obtained time variation of the surface displacement was well explained by theoretical calculations considering the carrier generation, diffusion, recombination, heat diffusion, and generated thermal strain. Because nonradiative carrier recombination generates local heat at defects in semiconductors, the LH-PD technique is useful for analyzing defect distributions. Additionally, measurements of intentional Fe-contaminated Si samples confirmed that this technique is suitable for defect mapping. Displacement mapping with changing f e x suggests the potential to measure the distribution of nonradiative recombination centers in the sample depth direction.

    DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aca210

  • Development of laser heterodyne photothermal displacement method for mapping carrier nonradiative recombination centers in semiconductors 査読あり

    T. Harada, T. Ikari T, A. Fukuyama

    Journal of Applied Physics   131 ( 19 )   195701-1 - 195701-8   2022年5月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Applied Physics  

    The laser heterodyne photothermal displacement (LH-PD) method was used to characterize the nonradiative recombination centers of semiconductors, such as defects and deep-lying electronic levels. When a semiconductor surface is irradiated with a modulated continuous wave laser, the irradiated area is periodically heated and expanded owing to the nonradiative recombination of the photoexcited carriers. The LH-PD can measure an absolute value of surface displacement and its time variation at various excitation beam frequencies (f e x). Si and GaAs substrate samples were used to confirm the usefulness of the proposed method. The obtained time variation of the surface displacement was well explained by theoretical calculations considering the carrier generation, diffusion, recombination, heat diffusion, and generated thermal strain. Because nonradiative carrier recombination generates local heat at defects in semiconductors, the LH-PD technique is useful for analyzing defect distributions. Additionally, measurements of intentional Fe-contaminated Si samples confirmed that this technique is suitable for defect mapping. Displacement mapping with changing f e x suggests the potential to measure the distribution of nonradiative recombination centers in the sample depth direction.

    DOI: 10.1063/5.0085041

    Scopus

  • Reduction of non-radiative recombination by inserting a GaAs strain-relaxation interlayer in InGaAs/GaAsP superlattice solar cells investigated by photo-thermal spectroscopy 査読あり

    A. Watanabe, T. Ikari, R. Furukawa, M. Sugiyama, and A. Fukuyama

    Journal of Applied Physics   128   195702-1 - 195702-10   2020年11月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The role of a GaAs strain-relaxation interlayer inserted into InGaAs/GaAsP superlattice solar cells was evaluated by measuring the piezo- electric photothermal (PPT) signals in the temperature range from 100 K to a device operation temperature of around 340 K. The PPT signals caused by the non-radiative recombination of electrons photo-excited to the first quantized level were observed. The temperature- dependent PPT signal intensities were assessed using an electron carrier relaxation model comprising four processes: radiative recombina- tion, non-radiative recombination, thermionic emission, and tunneling of carriers through the e2-miniband after thermal excitation from the e1-level. The contribution of holes in the hh1 state was also included in this model, in which e1 and e2 are the first and second electron levels in the conduction band, respectively, and hh1 is the first heavy hole level in the valence band of the quantum wells. A similar analysis was conducted using photoluminescence (PL) spectra to elucidate the carrier transition dynamics in greater detail, because PPT and PL measurements are complementary to each other in terms of non-radiative and radiative electron transitions. Consequently, although the non-radiative recombination remained dominant around room temperature, the quantum yield of the carrier tunneling process increased and became comparable to that of non-radiative recombination. This implies that the recombination loss of the photo-excited carriers is suppressed by the insertion of the GaAs interlayer. By clarifying the role of the inserted interlayer with respect to the non-radiative recombi- nation process, the usefulness of the PPT method is demonstrated.

  • Effectiveness of AlGaAs barrier layers as a redistribution channel of photoexcited carriers on anomalous temperature dependence of photoluminescence properties of GaAs quantum dots 査読あり

    Y. Miyauchi, T. Ikari, T. Mano, T. Noda, A. Fukuyama

    Journal of Applied Physics   128   055701-1 - 055701-9   2020年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Photoluminescence (PL) measurements at a wide temperature range, up to room temperature, for high-quality and high-density GaAs/AlGaAs quantum dots (QDs) fabricated by droplet epitaxy were carried out to investigate the anomalous temperature dependence of the PL peak energy from the QD ensemble. In addition to a reported redshift that deviated from the so-called Varshni’s curve of the PL peak energy in the low temperature region, a new blueshift was observed above 200 K. We analyzed the experimental results using a steady- state rate equation model and observed a good agreement. The distribution of the QD sizes and the presence of the AlGaAs barrier layer as a carrier coupling channel were considered in this model. This means that the wetting layer proposed thus far is not a necessary condition for explaining the anomalous temperature behavior of the PL properties. In addition, it was found that the anomalous temperature behavior was smeared out by the insertion of a GaAs height adjustment layer in order to homogenize the apparent QD size. We found that sufficient control of the QD size is a necessary factor for high temperature stability of QD devices.

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 微結晶シリコン太陽電池の光学的性質

    碇哲雄、福山敦彦( 担当: 共著)

    シーエムシー  2009年7月 

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    総ページ数:107-117   担当ページ:107-117   記述言語:日本語 著書種別:学術書

  • LED革新のための最新技術と展望

    福山敦彦( 担当: 単著 ,  範囲: 第2章第3節を分担執筆)

    情報機構  2008年11月 

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    記述言語:日本語 著書種別:学術書

  • Nonradiative Investigation of Impurity and Defect Levels in Si and GaAsby Piezoelectric Photo-acoustic Spectroscopy

    T. Ikari and A. Fukuyama( 担当: 共著 ,  範囲: 第5章を分担執筆)

    SPIE Press (Washington, USA) Total 353 page (分担) 145-174 page  2000年6月 

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    記述言語:英語 著書種別:学術書

MISC 【 表示 / 非表示

  • 光ヘテロダイン光熱変位法の構築と鉄汚染させたn型Siの非発光再結合マッピング 招待あり

    原田知季、森田浩右、大山博暉、原田尚吾、碇哲雄、福山敦彦

    超音波TECHNO   34 ( 3 )   88 - 93   2022年6月

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    担当区分:責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)   出版者・発行元:日本工業出版  

  • 光ヘテロダイン光熱変位測定による半導体の熱物性評価 (1) 理論解析モデルの構築

    原田尚吾、森田浩右、大山博暉、原田知季、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   51   45 - 49   2022年9月

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    担当区分:責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • PLおよびPR測定を用いたInAs/GaSb超格子構造の遷移エネルギー評価

    迫田理久、矢田部龍彦、荒井昌和、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   51   63 - 67   2022年9月

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    担当区分:責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • 光ヘテロダイン光熱変位測定による半導体の熱物性評価 (2) Si-NP/SiGe複合膜の測定

    森田浩右、原田尚吾、大山博暉、原田知季、大堀大介、寒川誠二、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   51   51 - 55   2022年9月

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    担当区分:責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • フォトリフレクタンス法による波状超格子構造の光学的評価

    山本尚輝、駒場森太郎、杉山正和、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   51   57 - 61   2022年9月

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    担当区分:責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Effect of local strains on carrier transport properties of InGaAs/GaAsP superlattice solar cell structures with a different phosphorus composition 国際会議

    N. Yamamoto, T. Ikari, S. Komaba, M. Sugiyama and A. Fukuyama

    33th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)  (Lake Biwa Otsu Prince Hotel, Shiga, Japan)  2022年11月13日  PVSEC committee

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    開催年月日: 2022年11月13日 - 2022年11月17日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Lake Biwa Otsu Prince Hotel, Shiga, Japan  

  • Relationships between the distribution of dislocation glide planes and electrical properties of lattice-mismatched InGaAs solar cells. 国際会議

    J. Okubo, A. Ogura, M. Kawano, S. Harada, K. Morita, H. Ohama, T. Harada, T. Ikari, A. Fukuyama, M. Imaizumi, H. Suzuki

    33th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)  (Lake Biwa Otsu Prince Hotel, Shiga, Japan)  2022年11月13日  PVSEC committee

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    開催年月日: 2022年11月13日 - 2022年11月17日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Lake Biwa Otsu Prince Hotel, Shiga, Japan  

  • Optical characterization of wire-on-well structure by photoreflectance measurements 国際会議

    S. Komaba, N. Yamamoto, M. Sugiyama, T. Ikari and A. Fukuyama

    33th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)  (Lake Biwa Otsu Prince Hotel, Shiga, Japan)  2022年11月13日  PVSEC committee

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    開催年月日: 2022年11月13日 - 2022年11月17日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Lake Biwa Otsu Prince Hotel, Shiga, Japan  

  • Analysis of in-plane thermal conduction in Si-Nanopillar/SiGe composite films by laser heterodyne photothermal displacement signal and theoretical calculation 国際会議

    H. Ohyama, T. Harada, K. Morita, S. Harada, D. Ohori, S. Samukawa, T. Ikari, and A. Fukuyama

    19th Int. Conference on Flow Dynamics  (オンライン)  2022年11月9日  東北大学流体科学研究所

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    開催年月日: 2022年11月9日 - 2022年11月11日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  • Detection of carrier nonradiative recombination in dislocation glide planes of InGaAs solar cells by a laser heterodyne photothermal displacement method

    S. Harada, T. Harada, J. Okubo, H. Suzuki, A. Ogura, T. Ikari, and A. Fukuyama

    第41回電子材料シンポジウム  (THE KASHIHARA(奈良県))  2022年10月20日  EMS実施委員会

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    開催年月日: 2022年10月19日 - 2022年10月21日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:THE KASHIHARA(奈良県)  

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受賞 【 表示 / 非表示

  • Best Poster Presentation Award

    2022年11月   Advanced Fluid Information Committee   Analysis of in-plane thermal conduction in Si-Nanopillar/SiGe composite films by laser heterodyne photothermal displacement signal and theoretical calculation

    H. Ohyama, T. Harada, K. Morita, S. Harada, D. Ohori, S. Samukawa, T. Ikari, and A. Fukuyama

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    受賞区分:国際学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • Student Poster Award

    2022年8月   Optics-photonics Design & Fabrication Committee   Defect mapping of metal contaminated Si wafers by a laser heterodyne photothermal displacement method

    T. Harada, K. Morita, S. Harada, H. Ohyama, T. Ikari, and A. Fukuyama

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    受賞区分:国際学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 令和3年度(第12回)半導体材料・デバイスフォーラム ポスター発表奨励賞

    2021年12月   熊本高専 半導体材料・デバイス研究部   電子線照射によりSi結晶中に形成された炭素起因欠陥準位の熱処理による回復過程

    山根流星, 川畑公佑, 中村泰樹, 迫田理久, 碇哲雄, 福山敦彦, 佐々木駿, 佐俣秀一, 三次伯知

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 令和元年度(第11回)半導体材料・デバイスフォーラム 口頭発表最優秀賞

    2019年12月   熊本高専 半導体材料・デバイス研究部   圧電素子光熱変換分光法による歪緩和層挿入超格子太陽電池のキャリア輸送特性評価

    古川諒, 渡部愛理, 岩永凌平, 中村翼, 碇哲雄, 杉山正和, 福山敦彦

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 平成28年度(第8回)半導体材料・デバイスフォーラム ポスター発表奨励賞

    2016年11月   熊本高専 半導体材料・デバイス研究部   フォトルミネッセンス法を用いた超格子構造中のキャリア輸送評価

    魯 家男, 武田 秀明, 中村 翼, 松落 高輝, 鈴木 秀俊, 碇 哲雄, K. Toprasertpong, 杉山 正和, 中野 義昭, 福山 敦彦

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

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科研費(文科省・学振・厚労省)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 無欠陥ナノ周期構造によるフォノン場制御を用いた高移動度半導体素子

    研究課題/領域番号:20H05649  2020年09月 - 2025年03月

    独立行政法人日本学術振興会  科学研究費補助金  基盤研究(S)

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    担当区分:研究分担者 

    本研究提案では、無欠陥ナノ構造作製技術・フォノンバンドナノオーダー評価解析技術・ ナノオーダートランジスタ作製技術を融合することで、トランジスタチャネル領域でのフォ ノン場を制御するという究極のナノスケールサーマルマネージメントを実現して、高移動度 プレーナー型半導体素子の開発に挑戦する。つまり、独自技術であるバイオマスクと無損傷 中性粒子ビーム加工の組み合わせで形成される周期的で無欠陥なサブ10nm径の半導体ナノピ ラーをマトリックス材料で埋め込んだ複合構造を作製する。作製されたナノピラー複合構造 に対して新たに開発したナノメートルオーダー計測技術と理論的計算を適用し、材料やナノ ピラーサイズ、間隔がフォノン生成・輸送特性制御に有効であることを実験的・理論的解析 から初めて明らかにする。得られた知見をもとに本質的にフォノンによるキャリア移動度散 乱を極限まで抑えたナノピラー複合構造を設計し、同構造をトランジスタチャネルに採用す ることで革新的な高移動度半導体素子を実現する。また、学術的にはナノオーダーサイズの 熱物性評価が可能な新たな測定・解析技術の確立も併せて行い、汎用性の高いフォノン生 成・輸送並びにキャリア輸送を理論的に予測可能な物理モデルを構築する。

  • 直接遷移型Ⅳ族半導体クラスレートの創成と光デバイス応用

    研究課題/領域番号:21H01365  2021年04月 - 2025年03月

    独立行政法人日本学術振興会  科学研究費補助金  基盤研究(B)

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    担当区分:研究分担者 

  • 光ヘテロダイン光熱変換法によるナノピラー複合材料の熱物性評価と熱電素子応用

    研究課題/領域番号:21J22312  2021年04月 - 2024年03月

    独立行政法人日本学術振興会  科学研究費補助金  特別研究員奨励費

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    担当区分:研究代表者 

  • 光ヘテロダイン光熱変換法によるナノピラー複合材料の熱物性評価と熱電素子応用

    研究課題/領域番号:22KJ2523  2021年04月 - 2024年03月

    独立行政法人日本学術振興会  科学研究費補助金  特別研究員奨励費

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    担当区分:研究代表者 

  • 電子の非発光再結合を用いたGaAs中窒素不純物準位の高感度マッピング

    研究課題/領域番号:21K04130  2021年04月 - 2024年03月

    独立行政法人日本学術振興会  科学研究費補助金  基盤研究(C)

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    担当区分:研究分担者 

    量子コンピューターへの応用を目的とした区別のつかない希薄な発光素子を研究対象とした顕微分光評価技術の開発を行う。 具体的には、対象となる試料のバンドギャップやバンドギャップ内に存在する中間準位と一致する波長の光を照射する選択励起条件下での顕微 測定の開発を行う。取り組みとして、顕微装置系に新たに励起光照射時に試料表面で発生する「起電力」および非発光再結合の際に生じる「熱波」をそれぞれ検出 可能にする。これらの信号を取得するために、それぞれ固有の検出器と試料ホルダーを設計・作製して実証実験を行い、得られた結果を共同研 究者と議論・測定系の再検討を実施して多様な材料に適用できる評価技術の立ち上げを行う。

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その他競争的資金獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 有機ポリシランの紫外線照射構造変化機構の解明とデバイス応用のための制御技術の開発

    2010年04月 - 2011年03月

    民間財団等  平成22年度池谷科学技術研究助成金 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、有機ポリシランの紫外線照射構造変化機構の解明を行う。

  • 高効率太陽電池における熱放出によるキャリア損失過程の定量評価手法の開発

    2009年05月 - 2011年03月

    民間財団等  財団法人稲盛財団研究助成 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

  • 電極形成を必要としない次世代太陽電池材料の特性評価技術の開発

    2008年04月 - 2009年09月

    民間財団等  平成19年度日本証券奨学財団研究調査助成金 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

  • 非発光遷移検出による色素増感型太陽電池材料の物性評価

    2007年09月 - 2008年08月

    民間財団等  平成19年度財団法人実吉奨学会研究助成金 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

  • 非輻射光学遷移検出による有機太陽電池材料の高感度特性評価技術の開

    2007年04月 - 2008年02月

    民間財団等  平成18年度財団法人岩谷直治記念財団科学技術研究助成 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

研究・技術シーズ 【 表示 / 非表示