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詳細
冨岡　克広(トミオカ　カツヒロ)
情報科学研究院　情報エレクトロニクス部門　集積システム分野
准教授
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Last Updated :2024/05/09

基本情報

所属

  • 情報科学研究院　情報エレクトロニクス部門　集積システム分野

職名

  • 准教授

学位

  • 博士（工学）（2008年03月 北海道大学）

ホームページURL

科研費研究者番号

  • 60519411

J-Global ID

プロフィール



研究キーワード

  • 薄膜成長   結晶成長   量子構造   ナノワイヤ   半導体物性   半導体デバイス物理   

担当教育組織

職歴

  • 2022年04月 - 現在 北海道大学 ディスティングイッシュトリサーチャー
  • 2019年04月 - 現在 北海道大学 大学院情報科学研究院 および 量子集積エレクトロニクス研究センター 准教授
  • 2016年06月 - 2019年03月 北海道大学 大学院情報科学研究科および 量子集積エレクトロニクス研究センター 准教授
  • 2015年01月 - 2016年05月 北海道大学 大学院情報科学研究科 助教
  • 2009年10月 - 2014年12月 科学技術振興機構 さきがけ専任研究者
  • 2009年04月 - 2009年09月 北海道大学大学院情報科学研究科 グローバルCOE 研究員
  • 2008年04月 - 2009年03月 日本学術振興会 特別研究員 (PD)
  • 2007年04月 - 2008年03月 日本学術振興会 特別研究員 (DC2)

学歴

  • 2005年04月 - 2008年03月   北海道大学   大学院情報科学研究科   情報エレクトロニクス専攻博士課程
  • 2003年04月 - 2005年03月   群馬大学   大学院工学研究科   電気電子工学修士課程
  • 1999年04月 - 2003年03月   群馬大学   工学部   電気電子工学科

所属学協会

  • 日本結晶成長学会   IEEE EDS   応用物理学会   

研究活動情報

論文

  • Masahiro Sasaki, Tomoya Akamatsu, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    Nanotechnology 35 19 195604 - 195604 2024年02月20日 
    Abstract We carried out in situ annealing of InP nanowires (NWs) in a metal-organic vapor phase epitaxial (MOVPE) growth reactor to control and reduce the tip size of InP NWs. InP NWs were grown by selective-area (SA) MOVPE on partially masked (111)A InP substrates, and annealing was successively applied in tertiarybutylphosphine (TBP) ambient. Initially, the InP NWs had a hexagonal cross-section with $\{11\bar{2}\}$ facets vertical to the substrates; they became tapered, and the edges were rounded by annealing. By appropriately selecting the annealing temperature and initial NW diameter, the tip size of the NW was reduced and NWs with a tip size of 20 nm were successfully formed. Subsequently, a thin InAsP layer was grown on the annealed NWs and their photoluminescence was investigated at low temperatures. The characterization results indicated the formation of InAsP quantum dots (QDs) emitting in the telecom band. Our approach is useful for reducing the size of the NWs and for the controlled formation of InAsP QDs embedded in InP NWs in photonic devices compatible with telecom bands.
  • Junichi Motohisa, Akamatsu Tomoya, Okamoto Manami, Tomioka Katsuhiro
    Japanese Journal of Applied Physics 63 3 03SP08 - 03SP08 2024年02月08日 
    Abstract We report the growth and characterization of InP/InAsP/InP nanowires (NWs) and NW LEDs (NW-LEDs), which emit light at telecom wavelengths. InP-based NWs were grown by selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy, and a thin InAsP layer was embedded in the NWs. The NW exhibited emission lines in their low-temperature photoluminescence spectra, suggesting the formation of quantum dots (QDs) in the NW. NW-LED operation was demonstrated at both room and low temperatures in the telecom band, but it was found that the emission wavelength range and blueshift behavior induced by current injection differed considerably between room and low temperatures. Our results suggest that an efficient path for carrier injection into the active InAsP layer should be explored for NW-QD-based single-photon sources operating via current-injection.
  • Hironori Gamo, Chen Lian, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    ACS Nano 2023年08月24日 [査読有り]
  • Katsuhiro Tomioka, Kazuharu Sugita, Junichi Motohisa
    Advanced Photonics Research 4 7 2023年04月20日 [査読有り]
     
    Nanometer‐scaled light sources using III–V compound semiconductor nanowires (NWs) on Si are expected as building blocks for next‐generation Si photonics, bioimaging, on‐chip microscopy, and light detection and ranging (LiDAR) techniques. This is, however, limited in a few materials systems due to complexity in integration of the vertical III–V NWs on Si and device process flow. Suppressing optical loss in the NW materials beyond the optical diffraction remains difficult in enhancing light extraction. Herein, the effect of the vertical metal‐clad architectures for the vertical nano‐light‐emitting diodes (LEDs) using GaAs/GaAsP‐related core–multishell NWs heterogeneously integrated on Si is investigated. The grown core–multishell NW is composed of a radial n‐GaAs/n‐GaAsP/p‐GaAs/p‐GaAsP double heterostructure. The vertical metal‐clad NW‐LEDs show suppression of carrier overflow effect and rapid enhancement of electrical luminescence.
  • Yuki Azuma, Shun Kimura, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    Japanese Journal of Applied Physics 62 SC SC1011 - SC1011 2022年12月30日 [査読有り]
     
    Abstract We characterized the current injection and electroluminescence (EL) properties of wurtzite (WZ) InP nanowire (NW) light-emitting diodes (LEDs) with axial junctions. The EL spectra of two samples with the same LED junction structure exhibited two different behaviors. One showed a single EL peak originating from the zinc-blende (ZB)-InP bandgap. The other showed two EL peaks originating from the ZB and WZ phases. This difference in EL behavior is attributed to the difference in the contact position and to depletion layer spreading. Clarification of the origin of the different EL peaks is important for optimizing the NW-LED structure.
  • S Kimura, H Gamo, Y Katsumi, J Motohisa, K Tomioka
    Nanotechnology 33 30 305204  2022年05月 [査読有り]
  • Akinobu Yoshida, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    Scientific Reports 12 1 2021年12月 [査読有り][通常論文]
     
    AbstractHeteroepitaxy has inherent concerns regarding crystal defects originated from differences in lattice constant, thermal expansion coefficient, and crystal structure. The selection of III–V materials on group IV materials that can avoid these issues has however been limited for applications such as photonics, electronics, and photovoltaics. Here, we studied nanometer-scale direct integration of InGaAs nanowires (NWs) on Ge in terms of heterogenous integration and creation of functional materials with an as yet unexplored heterostructure. We revealed that changing the initial Ge into a (111)B-polar surce anabled vertical InGaAs NWs to be integrated for all In compositions examined. Moreover, the growth naturally formed a tunnel junction across the InGaAs/Ge interface that showed a rectification property with a huge current density of several kAcm−2 and negative differential resistance with a peak-to-valley current ratio of 2.8. The described approach expands the range of material combinations for high-performance transistors, tandem solar cells, and three-dimensional integrations.
  • Scaling effect on vertical gate-all-around FETs using III-V NW-channels on Si
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    IEEE SNW 2021 Tech. Dig. 51 - 52 2021年06月 [査読有り]
  • Katsuhiro Tomioka
    Compound Semiconductor V 40 - 45 2021年05月 [査読有り][招待有り]
  • Katsuhiro Tomioka, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    2020 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2020年12月12日 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Scientific Reports 10 1 2020年12月 [査読有り][通常論文]
  • Tomoya Akamatsu, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    Nanotechnology 31 39 394003 - 394003 2020年09月25日 [査読有り][通常論文]
  • Yoshiki Tai, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    ECS Transactions 98 6 149 - 153 2020年09月23日 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Fumiya Ishizaka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters 117 12 123501 - 123501 2020年09月21日 [査読有り][通常論文]
  • Hironori Gamo, Katsuhiro Tomioka
    IEEE Electron Device Letters 41 8 1169 - 1172 2020年08月 [査読有り][通常論文]
  • 秋山 亨, 片山 竜二, 冨岡 克広
    日本結晶成長学会誌 47 3 n/a  日本結晶成長学会 2020年
  • K.Tomioka, H. Gamo, J. Motohisa
    ECS Transactions 92 4 71 - 78 2019年10月 [査読有り][通常論文]
  • 冨岡 克広
    応用物理 88 4 245 - 251 2019年04月 [査読有り][招待有り]
  • J. Motohisa, H. Kameda, M. Sasaki, K. Tomioka
    Nanotechnology 30 13 134002 - 134002 2019年03月 [査読有り][通常論文]
  • K. Chiba, A. Yoshida, K. Tomioka, J. Motohisa
    ACS PHOTONICS 6 2 260 - 264 2019年02月 [査読有り][通常論文]
  • 冨岡 克広, 秋山 亨, 片山 竜二
    日本結晶成長学会誌 46 2 n/a  日本結晶成長学会 2019年
  • Yusuke Minami, Akinobu Yoshida, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    J. Cryst. Growth 506 135 - 139 2018年10月 [査読有り][通常論文]
  • Hironori Gamo, Katsuhiro Tomioka
    J. Cryst. Growth 500 58 - 62 2018年10月 [査読有り][通常論文]
  • Kohei Chiba, Katsuhiro Tomioka, Akinobu Yoshida, Junichi Motohisa
    AIP ADVANCES 7 12 125304 – 1 - 125304 – 5 2017年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Composition controllability of vertical InGaAs nanowires (NWs) on Si integrated by selective area growth was characterized for Si photonics in the optical telecommunication bands. The pitch of pre-patterned holes (NW sites) changed to an In/Ga alloy-composition in the solid phase during the NW growth. The In composition with a nanometer-scaled pitch differed completely from that with a mu m-scaled pitch. Accordingly, the growth morphologies of InGaAs NWs show different behavior with respect to the In/Ga ratio. (c) 2017 Author(s).
  • Kohei Chiba, Katsuhiro Tomioka, Akinobu Yoshida, Junichi Motohisa
    AIP Advances 7 125304  2017年12月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    ECS Transaction 80 43 - 52 2017年10月 [査読有り][招待有り]
  • Fumiya Ishizaka, Yoshihiro Hiraya, Katsuhiro Tomioka, Junithic Motohisa, Takashi Fukui
    Nano Lett. 17 1350 - 1355 2017年02月 [査読有り][通常論文]
  • A. Yoshida, K. Tomioka, F. Ishizaka, J. Motohisa
    J. Cryst. Growth 464 75 - 79 2017年01月 [査読有り][通常論文]
  • Fumiya Ishizaka, Yoshihiro Hiraya, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Jpn. J. App. Phys. 56 1 010311 - 10311 Institute of Physics 2016年12月 [査読有り][通常論文]
     
    We report on the selective-area growth and characterization of wurtzite (WZ) InP/AlGaP core–multishell nanowires. Quantum well (QW) structures were fabricated in AlGaP multishells by changing the alloy composition. Transmission electron microscopy revealed that the AlGaP multishells were grown with a WZ structure on the side of the WZ InP core. The lattice constants of the WZ InP core and WZ AlGaP shell were determined by X-ray diffraction. Cathodoluminescence studies showed that the WZ AlGaP QW with an Al composition of 20% exhibited green emissions at 2.37 eV. These results open the possibility of fabricating green light-emitting diodes using WZ AlGaP-based materials.
  • Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    ECS Transaction 75 5 127 - 134 The Electrochemical Society (ECS) 2016年09月 [査読有り][招待有り]
     
    Tunnel field-effect transistors (TFETs) with a steep subthreshold-slope (SS) are promising low-power switches for future large-scale integrated circuits (LSIs) with low power consumption and high performance. Recently, we demonstrated vertical TFETs with III-V/Si heterojunctions. This new sort of tunnel junction achieves a steep SS because of its unique figure-of-merit. Here, we report on recent progress on vertical TFETs using Si/III-V heterojunctions and means for boosting on-state current.
  • Akinobu Yoshida, Katsuhiro Tomioka, Fumiya Ishizaka, Kohei Chiba, Junichi Motohisa
    ECS Transaction 75 7 265 - 270 The Electrochemical Society (ECS) 2016年09月 [査読有り][通常論文]
     
    III-V compound semiconductors and Ge are promising futurechannel materials because of their high carrier mobility. Forexample the electron mobility of InAs is about 20 times faster thanthat of Si at room temperature and hole mobility of Ge is about 5times faster than that of Si. In this paper, we report directintegration of InGaAs nanowires (NWs) on Ge(111) substrate byselective-area metal organic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE) forrealization of high carrier mobility InGaAs/Ge hybrid CMOSapplications, and characterization of the composition and growthmodes of InGaAs NWs by X-ray diffraction (XRD) measurement.
  • Y. Hiraya, F. Ishizaka, K. Tomioka, T. Fukui
    Applied Physics Express 9 3 035502-1 - 4 Institute of Physics 2016年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We grew AlInP on two types of GaN substrate in order to transfer the wurtzite (WZ) structure to grown layers. An AlInP epitaxial layer grown on GaN[Formula: see text] with high-density stacking faults was obtained. X-ray diffraction and Raman scattering analyses indicate that the dominant crystal structure of the AlInP layer grown on GaN[Formula: see text] was WZ. Cathode luminescence measurements at 35 K revealed strong green emissions from the WZ AlInP layer, suggesting an energy band gap change from indirect to direct. These results demonstrate the potential of WZ AlInP as a new candidate for high-efficiency green emission material.
  • Katsuhiro Tomioka
    Nature Digest 13 1 36 - 37 2016年01月 [査読有り][招待有り]
  • Katsuhiro Tomioka, Fumiya Ishizaka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    2016 COMPOUND SEMICONDUCTOR WEEK (CSW) INCLUDES 28TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDIUM PHOSPHIDE & RELATED MATERIALS (IPRM) & 43RD INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPOUND SEMICONDUCTORS (ISCS) 2016年 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    2016 46TH EUROPEAN SOLID-STATE DEVICE RESEARCH CONFERENCE (ESSDERC) 397 - 402 2016年 [査読有り][招待有り]
     
    Tunnel FETs (TFETs) with steep subthreshold slope have been attracting much attention as building blocks for future low-power integrated circuits and CMOS technology devices. Here we report on recent advances in vertical TFETs using III-V/Si heterojunctions. These heterojunctions, which are formed by direct integration of III-V nanowires (NWs) on Si, are promising tunnel junction for achieving steep subthreshold slope (SS). The III-V/Si heterojunction inherently forms abrupt junctions regardless of precise doping technique because the band discontinuity is determined by only the offset of III-V and Si, and depletion region can be controlled by the III-V MOS structure. Thus, good gate-electrostatic control with a large internal electrical field for modulation of tunnel transport can be achieved. Here we repot on recent advances in the vertical TFETs using the III-V NW/Si heterojunction with surrounding-gate architecture and demonstrate steep-SS behavior and very low parasitic leakage current.
  • Katsuhiro Tomioka
    Nature 526 51 - 52 2015年10月 [査読有り][招待有り]
  • K. Tomioka, F. Ishizaka, T. Fukui
    Nano Letters 15 7253 - 7257 2015年10月 [査読有り][通常論文]
  • K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    ECS Trans. 169 109 - 118 2015年10月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    International Symposium on VLSI Technology, Systems, and Applications, Proceedings 2015- 2015年06月03日 [査読有り][通常論文]
     
    MOSFETs using III-V channels with multi-gate architecture and tunnel junctions are promising alternative building blocks for highperformance and low power nanoelectronic circuits. CMOS. In this paper, we review recent advances in direct integration of vertical III-V nanowire (NW)-channel on Si and FET application such as vertical III-V NW surrounding-gate transistors (SGTs) and tunneling FET (TFETs) using III-V NW/Si heterojunctions.
  • Fumiya Ishizaka, Yoshihiro Hiraya, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    J. Cryst. Growth 411 71 - 75 Elsevier 2015年02月 [査読有り][通常論文]
     
    A GaP nanowire is promising from the viewpoint of device applications because when its crystal phase is changed from zinc blende (ZB) to wurtzite (WZ), its band gap changes from indirect to direct. GaP in the WZ phase is theoretically and experimentally shown to have the possibility of "green" emission. Here we report on the growth of WZ GaP in InP/GaP core-shell nanowires by selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy (SA-MOVPE). WZ InP nanowires were used as a template for transferring the WZ structure to GaP. Transmission electron microscopy revealed that WZ GaP was grown on the sidewalls of the InP core in the lateral <-2 1 1 > direction and that ZB GaP was grown on the top of the le core in the axial < 1 1 1 > A direction. A growth model for the different crystal structures of the GaP shell is proposed from the viewpoint of the growth direction. The WZ structure is "transferred" from the InP core to the GaP shell only when GaP grows in the direction perpendicular to the WZ stacking direction of the InP core. This so-called "crystal structure transfer" can also be applied to p- and n-doped GaP and is therefore promising for fabricating WZ-GaP-basecl light-emitting diodes. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • Muyi Chen, Eiji Nakai, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    App. Phys. Exp. 8 1 012301 - 12301 Institute of Physics 2015年01月 [査読有り][通常論文]
     
    III–V compound semiconductor nanowire (NW) arrays have exhibited remarkable behavior in photovoltaic applications. We embedded an orderly vertical InP NW array in poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and peeled it off from the substrate to form a AuZn contact. The sample with the substrate exhibited a very high average absorptance of 92%. However, when the array was peeled off, the optical absorptance degraded, particularly in the longer-wavelength region. After the AuZn was deposited on the back side of the NW array, the absorptance increased. This technology could enable a new approach for NW-based photovoltaics with a lower fabrication cost.
  • Nakai Eiji, Chen Muyi, Yoshimura Masatoshi, Tomioka Katsuhiro, Fukui Takashi
    Jpn. J. Appl. Phys. 54 1 015201 - 015201 Institute of Physics 2015年01月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Axial p–i–n junction nanowire (NW) solar cells (SCs) with a position-controlled GaAs-based NW array were fabricated by selective-area metal organic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE). The measured electron-beam-induced current (EBIC) signals showed the formation of an axial p–i–n junction, which confirms power generation under sunlight illumination. The series resistance of the NW SCs is much higher than that of conventional planar SCs based on Si or other III–V compound semiconductors. The main difficulty concerning the fabrication of these NW SCs is the degradation of series resistance between the GaAs-based NWs and the indium–tin oxide (ITO) deposited as a transparent electrode. The series resistance of the fabricated GaAs-based NW SCs was reduced by introducing a tin doping contact layer between the ITO and the NW array, which is formed by pulse doping. As a result of this improved structure, the fabricated SCs exhibited an open-circuit voltage of 0.544 V, a short-circuit current of 18.2 mA/cm2, and a fill factor of 0.721 for an overall conversion efficiency of 7.14% under AM1.5G illumination. The series resistance of the SCs could be decreased to 0.132 Ω·cm2, which is one order of magnitude lower than that of the SC without a highly doped contact layer. This reduced series resistance indicates that nanostructure SCs with transparent electrodes and multijunction NW SCs with high efficiencies can be fabricated on a commercial basis in the near future.
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Handbook of Crystal Growth: Second Edition 1 749 - 793 2014年12月24日 [査読有り][通常論文]
     
    This chapter summarizes the growth of semiconductor nanocrystals, including quantum well, wire, nanowire, and quantum dot with selective-area growth. The position-controlled growth of nanocrystals by using faceting growth and mechanisms is described. In addition, microchannel epitaxy is outlined as one of the types of selective-area epitaxy.
  • Tomioka, Katsuhiro, Fukui Takashi
    J. Phys. D: Appl. Phys. 47 39 364001  2014年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We report on the recent progress in electronic applications using III-V nanowires (NWs) on Si substrates using the selective-area growth method. This method could align vertical III-V NWs on Si under specific growth conditions. Detailed studies of the III-V NW/Si heterointerface showed the possibility of achieving coherent growth regardless of misfit dislocations in the III-V/Si heterojunction. The vertical III-V NWs grown using selective-area growth were utilized for high performance vertical field-effect transistors (FETs). Furthermore, III-V NW/Si heterointerfaces with fewer misfit dislocations provided us with a unique band discontinuity with a new functionality that can be used for the application of tunnel diodes and tunnel FETs. These demonstrations could open the door to a new approach for creating low power switches using III-V NWs as building-blocks of future nanometre-scaled electronic circuits on Si platforms.
  • III-V族化合物半導体ナノワイヤ太陽電池
    福井 孝志, 吉村 正利, 中井 栄治, 冨岡 克広
    日本結晶成長学会誌 41 2 29 - 34 2014年07月 [査読有り][招待有り]
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    ECS Trans. 61 81  2014年05月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters 104 7 073507 - 73507 American Institute of Physics 2014年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We report on a fabrication of tunnel field-effect transistors using InGaAs nanowire/Si heterojunctions and the characterization of scaling of channel lengths. The devices consisted of single InGaAs nanowires with a diameter of 30 nm grown on p-type Si(111) substrates. The switch demonstrated steep subthreshold-slope (30 mV/decade) at drain-source voltage (V-DS) of 0.10 V. Also, pinch-off behavior appeared at moderately low VDS, below 0.10 V. Reducing the channel length of the transistors attained a steep subthreshold slope (< 60 mV/decade) and enhanced the drain current, which was 100 higher than that of the longer channels. (C) 2014 AIP Publishing LLC.
  • Masatoshi Yoshimura, Eiji Nakai, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters 103 24 243111 - 243111 American Institute of Physics 2013年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Heterojunction solar cells were formed with a position-controlled InP nanowire array sputtered with indium tin oxide (ITO). The ITO not only acted as a transparent electrode but also as forming a photovoltaic junction. The devices exhibited an open-circuit voltage of 0.436 V, short-circuit current of 24.8 mA/cm(2), and fill factor of 0.682, giving a power conversion efficiency of 7.37% under AM1.5G illumination. The internal quantum efficiency of the device was higher than that of the world-record InP cell in the short wavelength range. (C) 2013 AIP Publishing LLC.
  • Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    Nano Letters 13 12 5822 - 5826 2013年12月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    ECS Transaction 58 7 99 - 114 2013年10月 [査読有り][招待有り]
  • Eiji Nakai, Masatoshi Yoshimura, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 52 5 UNSP 055002 - 055002-4 The Japan Society of Applied Physics 2013年05月 [査読有り][通常論文]
     
    Semiconductor nanowires (NWs) are good candidate for light-absorbing material in next generation photovoltaic and III--V NW-based multi-heterojunction solar cells using lattice-mismatched material system are expected as high energy-conversion efficiencies under concentrated light. Here we demonstrate core--shell GaAs NW arrays by using catalyst-free selective-area metal organic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE) as a basis for multijunction solar cells. The reflectance of the NW array without any anti-reflection coating showed much lower reflection than that of a planar wafer. Next we then fabricated core--shell GaAs NW array solar cells with radial p--n junction. Despite the low reflectance, the energy-conversion efficiency was 0.71% since a high surface recombination rate of photo-generated carriers and poor ohmic contact between the GaAs and transparent indium--tin-oxide (ITO) electrode. To avoid these degradations, we introduced an InGaP layer and a Ti/ITO electrode. As a result, we obtained a short-circuit current of 12.7 mA cm-2, an open-circuit voltage of 0.5 V, and a fill factor of 0.65 for an overall efficiency of 4.01%.
  • Masatoshi Yoshimura, Eiji Nakai, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Applied Physics Express 6 5 052301 - 052301-4 The Japan Society of Applied Physics 2013年05月 [査読有り][通常論文]
     
    We report surface-passivated core--shell InP nanowire array solar cells fabricated using catalyst-free selective-area metal organic vapor phase epitaxy. Reflectance measurements confirm enhanced light absorption due to significantly reduced reflectance over a wide spectral range. The wide-band-gap outer shell layer of core-multishell nanowires effectively passivates the large surface area of the nanowires, increasing the short-circuit current density and elevating the energy conversion efficiency by 6.35% under AM1.5G illumination. This passivation technique could open a new approach to nanowire-based photovoltaics with higher energy efficiency.
  • Indium Phosphide core-shell nanowire solar cells with wide bandgap window layer
    M. Yoshimura, E. Nakai, K. Tomioka, T. Fukui
    Applied Physics Express 6 052301-1 - 4 2013年05月 [査読有り][通常論文]
  • F. Ishizaka, K. Ikejiri, K.Tomioka, T. Fukui
    Japanese Journal of Applied Physics 52 4 UNSP 04CH05 - 04CH05-4 The Japan Society of Applied Physics 2013年04月 [査読有り][通常論文]
     
    We studied the growth of indium-rich InGaP nanowires (NWs) on InP (111)A substrates by selective-area metal organic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE). We obtained vertically aligned InGaP NWs by optimizing growth conditions, such as group III supply ratio and V/III ratio. We found that the height, diameter, shape, and composition of InGaP NWs depended significantly on the supply ratios of trimethylgallium (TMGa) and trimethylindium (TMIn). As the supply ratio of TMGa was increased, the lateral growth was drastically enhanced, and the uniformity of NWs deteriorated. Furthermore, the sidewall facets of NWs changed from \{\bar{2}11\} to \{\bar{1}10\} as the supply ratio of TMGa was increased, indicating the possibility of structural transition from wurtzite (WZ) to zinc blende (ZB). We propose a possible growth model for such lateral growth, uniformity, and structural transition. Photoluminescence (PL) measurements revealed that the Ga compositions ranged approximately from 0 to 15%. Our results show that highly uniform InGaP NWs can be grown by controlling the growth conditions.
  • Keitaro Ikejiri, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Nanotechnology 24 11 115304  IOP Publishing 2013年03月 [査読有り][通常論文]
     
    The growth mechanism of GaAs nanowires (NWs) grown on polycrystalline silicon (poly-Si) thin films using selective-area metalorganic vapor-phase epitaxy was investigated. Wire structures were selectively grown in the mask openings on a poly-Si substrate. The appearance ratio of wire structures strongly depended on the growth conditions and deposition temperature of the poly-Si substrate. Evaluation of the grown shapes and growth characteristics revealed that GaAs NWs grown on a poly-Si substrate have the same growth mechanism as conventional GaAs NWs grown on a single-crystalline GaAs or Si substrate. Experiments showed that the wire structure yield can be improved by increasing the Si grain size and/or increasing the Si deposition temperature. The growth model proposed for understanding NW growth on poly-Si is based on the mask opening size, the Si grain size, and the growth conditions. The ability to control the growth mode is promising for the formation of NWs with complex structures on poly-Si thin layers.
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    2013 71ST ANNUAL DEVICE RESEARCH CONFERENCE (DRC) 15 - + 2013年 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Eiji Nakai, Fumiya Ishizaka, Takashi Fukui
    Technical Digest - International Electron Devices Meeting, IEDM 4.1.4  2013年 [査読有り][通常論文]
     
    In this paper, we present recent progress in the integration of vertical III-V nanowire-channels on Si by selective-area epitaxy and demonstrations of high-performance III-V vertical surrounding-gate transistors with high-k dielectrics with an EOT of less than 1 nm, modulation doping technique, and challenges in steep subthreshold-slope switching using III-V nanowire/Si heterojunctions as building blocks for low power circuits. © 2013 IEEE.
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    2013 THIRD BERKELEY SYMPOSIUM ON ENERGY EFFICIENT ELECTRONIC SYSTEMS (E3S) 2013年 [査読有り][通常論文]
  • Keitaro Ikejiri, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Nano Letters 12 9 4770 - 4774 2012年09月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    Nature 488 7410 189 - 192 2012年08月 [査読有り][通常論文]
  • Hirotaka Sakuma, Motonobu Tomoda, Paul H. Otsuka, Osamu Matsuda, Oliver B. Wright, Takashi Fukui, Katsuhiro Tomioka, Istvan A. Veres
    APPLIED PHYSICS LETTERS 100 13 2012年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigate the vibrational modes of a triangular array of anisotropic, hexagonal GaAs nanopillars on a GaAs substrate through ultrafast changes in optical reflectivity. By comparison with simulations, we identify GHz resonances, mode shapes, and damping. In addition, by varying the pillar diameter, height, and pitch, we distinguish collective and localized modes. A proper understanding of substrate-attached nanostructure dynamics will lead to better characterization of nanosensors based on perturbations to vibrational resonances. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.3696380]
  • Takashi Fukui, Masatoshi Yoshimura, Eiji Nakai, Katsuhiro Tomioka
    AMBIO 41 119 - 124 2012年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrate position-controlled III-V semiconductor nanowires (NWs) by using selective-area metalorganic vapor phase epitaxy and their application to solar cells. Efficiency of 4.23% is achieved for InP core-shell NW solar cells. We forma 'flexible NW array' without a substrate, which has the advantage of saving natural resources over conventional thin film photovoltaic devices. Four junction NW solar cells with over 50% efficiency are proposed and discussed.
  • Longitudinal and Transverse Exciton Spin Relaxation in Single InP/InAsP/InP Nanowire Quantum Dots
    H. Sasakura, C. Hermannstädter, S. N. Dorenbos, N. Akopian, M. P. van Kouwen, J. Motohisa, Y. Kobayashi, H. Kumano, K. Kondo, K. Tomioka, T. Fukui, I. Suemune, V. Zwiller
    Phys. Rev. B 85 075324  2012年02月 [査読有り][通常論文]
  • H. Sasakura, C. Hermannstadter, S. N. Dorenbos, N. Akopian, M, P. Kouwen, J. Motohisa, Y. Kobayashi, H. Kumano, K. Kondo, K. Tomioka, T. Fukui, I. Suemune, V. Zwiller
    Phys. Rev. B 85 7 075324-1 - 075324-7 American Physical Society 2012年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We have investigated the optical properties of a single InAsP quantum dot embedded in a standing InP nanowire. Elongation of the transverse exciton-spin relaxation time of the exciton state with decreasing excitation power was observed by first-order photon correlation measurements. This behavior is well explained by the motional narrowing mechanism induced by Gaussian fluctuations of environmental charges in the nanowire. The longitudinal exciton-spin relaxation time is evaluated by the degree of the random polarization of emission originating from exciton states confined in a single-nanowire quantum dot by using Mueller calculus based on Stokes parameters representation. The reduction in the random polarization component with decreasing excitation power is caused by suppression of the exchange interaction of electron and hole due to an optically induced internal electric field by the dipoles at the wurtzite and zinc-blende heterointerfaces in the InP nanowire.
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    NanoScience and Technology 58 67 - 101 2012年 [査読有り][通常論文]
     
    The III-V nanowires (NWs) on Si are promising building blocks for future nanoscale electrical and optical devices on Si platforms.We review positioncontrolled growth of III-V NWs on Si substrate by selective-area growth and discuss how to control growth directions of III-V NW on Si. Finally, we demonstrate the integrations of III-V NW-based light-emitting diodes (LEDs) array on Si. These demonstrations should have broad applications in laser diodes and photodiodeswith functionality not enabled by conventional NW. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012.
  • Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    Digest of Technical Papers - Symposium on VLSI Technology 47 - 48 2012年 [査読有り][通常論文]
     
    In this paper, we propose tunneling field-effect transistors (TFETs) using III-V nanowire (NW)/Si heterojunctions and experimentally demonstrate steep-slope switching behaviors using InAs NW/Si heterojunction TFET with surrounding-gate architecture and high-k dielectrics. Control of resistances in this device structure is important for achieving steep-slope switching. A minimum subthreshold slope (SS) of the TFET is 21 mV/dec at VDS of 0.10 - 1.00 V. © 2012 IEEE.
  • 冨岡克広, 福井孝志
    応用物理 81 1 59 - 64 2012年01月 [査読有り][通常論文]
  • Yoshinori Kohashi, Takuya Sato, Keitaro Ikejiri, Katsuhiro Tomioka, Shinjiroh Hara, Junichi Motohisa
    JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH 338 1 47 - 51 2012年01月 [査読有り][通常論文]
     
    Indium-rich InGaAs nanowires were grown on an InP (111)B substrate by catalyst-free selective-area metal-organic vapor phase epitaxy, and the growth-temperature dependence of growth rate and composition was studied. In particular, nanowire growth rate rapidly decreases as growth temperature increases. This tendency is opposite (for a similar temperature range) to that found in a previous study on selective-area growth of gallium-rich InGaAs nanowires. This difference between indium-rich and gallium-rich nanowires suggests that the influence of growth temperature on the growth of InGaAs nanowires is dependent on the group-III supply ratio. On the basis of previous experimental observations in InAs and GaAs nanowires, temperature dependence of nanowire growth rate and its dependence on group-III supply ratio are predicted. A guideline to determine the optimum growth conditions of InGaAs nanowires is also discussed. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • K. Hiruma, K. Tomioka, P. Mohan, L. Yang, J. Noborisaka, B. Hua, A. Hayashida, S. Fujisawa, S. Hara, J. Motohisa, T. Fukui
    Journal of Nanotechnology Vol. 2012 169284-1 - 169284-29 2012年 [査読有り][招待有り]
     
    The fabrication of GaAs- and InP-based III-V semiconductor nanowires with axial/radial heterostructures by using selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy is reviewed. Nanowires, with a diameter of 50-300nm and with a length of up to 10μm, have been grown along the «111» B or «111» A crystallographic orientation from lithography-defined SiO2 mask openings on a group III-V semiconductor substrate surface. An InGaAs quantum well (QW) in GaAs/InGaAs nanowires and a GaAs QW in GaAs/AlGaAs or GaAs/GaAsP nanowires have been fabricated for the axial heterostructures to investigate photoluminescence spectra from QWs with various thicknesses. Transmission electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy measurements have been used to analyze the crystal structure and the atomic composition profile for the nanowires. GaAs/AlGaAs, InP/InAs/InP, and GaAs/GaAsP core-shell structures have been found to be effective for the radial heterostructures to increase photoluminescence intensity and have enabled laser emissions from a single GaAs/GaAsP nanowire waveguide. The results have indicated that the core-shell structure is indispensable for surface passivation and practical use of nanowire optoelectronics devices. Copyright © 2012 K. Hiruma et al.
  • Katsuhiro Tomioka, Tomotaka Tanaka, Takashi Fukui
    ECS Transactions 41 3 61 - 69 2011年11月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Keitaro Ikejiri, Tomotaka Tanaka, Junichi Motohisa, Shinjiroh Hara, Kenji Hiruma, Takashi Fukui
    Journal of the Material Society 26 17 2127 - 2141 2011年09月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Tomotaka Tanaka, Shinjiro Hara, Kenji Hiruma, Takashi Fukui
    IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 17 4 1112 - 1129 2011年08月 [査読有り][招待有り]
  • Keitaro Ikejiri, Yusuke Kitauchi, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Nano Letters 11 10 4314 - 4318 2011年08月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters 98 8 083114  2011年02月 [査読有り][通常論文]
  • Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka, Bin Hua, Kumar S.K. Varadwaj, Shinjiroh Hara, Kenji Hiruma, Takashi Fukui
    Advances in III-V Semiconductor Nanowires and Nanodevices 145 - 157 2011年 [査読有り][通常論文]
     
    We describe the growth and optical properties of III-V semiconductor nanowires and their application to nanoscale photonic devices such as Fabry-Perot cavity, waveguides, optically-pumped lasers, and lightemitting diodes. The nanowires were grown by selective-area metalorganic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE) on the (111) oriented substrates. Nanowires containing heterostructures in their radial direction, that is, core-shell heterostructures, have also been realized by controlling the growth mode during SA-MOVPE. The nanowires were characterized by micro-photoluminescence measurements and those detached from the grown substrate showed resonant peaks associated with Fabry-Perot cavity modes. It was simultaneously shown that core-shell hetereostructured nanowires exhibited stronger photoluminescence than bare nanowires due to reduced surface non-radiative recombination. Furthermore, core-shell nanowires exhibited lasing oscillation originating from the cavity formed by both end facets at pulsed-laser excitation. Meanwhile, electroluminescence from core-shell nanowires was also demonstrated. © 2011 Bentham Science Publishers Ltd. All rights reserved.
  • Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    2011 IEEE INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING (IEDM) 773 - 776 2011年 [査読有り][通常論文]
     
    In this paper, direct integration of vertical InGaAs nanowires (NWs) on Si substrate without buffering techniques, and fabrication of InGaAs NW surrounding-gate transistors (SGTs) with high-k gate dielectrics is reported for the first time. Furthermore, we investigated a passivation technique using InGaAs/InP/InAlAs/InGaAs core-multishell (CMS) structure, and showed enhancement of transconductance (G(m)) and I-ON/I-OFF ratio of the InGaAs CMS NW-SGT. The peak G(m) for the InGaAs-related CMS NW-SGT was 500 mu S/mu m at V-DS of 1.00V, and I-ON/I-OFF ratio was similar to 10(9).
  • 笹倉 弘理, 熊野 英和, 末宗 幾夫, Dorenbos S. N, Kouwen M, P. van, Zwiller V, 小林 靖典, 本久 順一, 冨岡 克広, 福井 孝志, Hermannstadter C
    日本物理学会講演概要集 66 0 一般社団法人 日本物理学会 2011年 [査読無し][通常論文]
  • Y. Takayama, K. Tomioka, S. Hara, T. Fukui, J. Motohisa
    physica status solidi c 8 2 272 - 274 2010年11月 [査読有り][通常論文]
  • S. N. Dorenbos, H. Sasakura, M. P. van Kouwen, N. Akopian, S. Adachi, N. Namekata, M. Jo, J. Motohisa, Y. Kobayashi, K. Tomioka, T. Fukui, S. Inoue, H. Kumano, C. M. Natarajan, R. H. Hadfield, T. Zijlstra, T. M. Klapwijk, V. Zwiller, I. Suemune
    APPLIED PHYSICS LETTERS 97 17 171106  2010年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We report the experimental demonstration of single-photon and cascaded photon pair emission in the infrared, originating from a single InAsP quantum dot embedded in a standing InP nanowire. A regular array of nanowires is fabricated by epitaxial growth on an electron-beam patterned substrate. Photoluminescence spectra taken on single quantum dots show narrow emission lines. Superconducting single photon detectors, which have a higher sensitivity than avalanche photodiodes in the infrared, enable us to measure auto and cross correlations. Clear antibunching is observed [g((2))(0) = 0.12] and we show a biexciton-exciton cascade, which can be used to create entangled photon pairs. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3506499]
  • Masatoshi Yoshimura, Katsuhiro Tomioka, Kenji Hiruma, Shinjiroh Hara, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Journal of Crystal Growth 315 1 148 - 151 2010年09月 [査読有り][通常論文]
  • 冨岡克広, 福井孝志
    月刊ディスプレイ 7 7 39 - 46 テクノタイムズ社 2010年07月 [査読無し][招待有り]
  • K. Tomioka, J. Motohisa, S. Hara, K. Hiruma, T. Fukui
    Nano Letters 10 5 1639 - 1644 2010年04月 [査読有り][通常論文]
  • Yusuke Kitauchi, Yasunori Kobayashi, Katsuhiro Tomioka, Shinjiro Hara, Kenji Hiruma, Takashi Fukui, Junichi Motohis
    Nano Letters 10 5 1699 - 1703 2010年04月 [査読有り][通常論文]
  • Masatoshi Yoshimura, Katsuhiro Tomioka, Kenji Hiruma, Shinjiro Hara, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Japanese Journal of Applied Physics 49 4 04DH08-1 - 04DH08-4 Published by the Japan Society of Applied Physics through the Institute of Pure and Applied Physics 2010年04月 [査読有り][通常論文]
     
    We fabricated InGaAs nanowires (NWs) in SiO2 mask openings on a GaAs(111)B substrate at growth temperatures of 600–700 °C using catalyst-free selective-area metal organic vapor phase epitaxy. At a growth temperature of 600 °C, particle-like depositions occurred, but they decreased in number and density when the growth temperature was increased to 650 °C and disappeared above 675 °C. The heights and growth rates of the NWs increased when the growth temperature was increased and the mask opening diameter was decreased from 300 to 50 nm. Photoluminescence (PL) spectra measured for the NWs indicated a blue shift in the peak from 0.95 to 1.3 eV as the growth temperature was increased from 600 to 700 °C, indicating an increase in the Ga composition from 62 to 88% in the InGaAs NWs.
  • T. Tanaka, K.Tomioka, S. Hara, J. Motohisa, E. Sano, T. Fukui
    Applied Physics Express 3 2 025003-1 - 025003-3 Japan Society of Applied Physics 2010年01月 [査読有り][通常論文]
     
    We report on the fabrication and characterization of vertical InAs nanowire channel field effect transistors (FETs) with high-$k$/metal gate-all-around structures. Single InAs nanowires were grown on Si substrates by the selective-area metalorganic vapor phase epitaxy method. The resultant devices exhibited n-channel FET characteristics with a threshold voltage of around $-0.1$ V. The best device exhibited maximum drain current ($I_{\text{DS,max } }/w_{\text{G } }$), maximum transconductance ($g_{\text{m,max } }/w_{\text{G } }$), on--off ratio ($I_{\text{ON/OFF } }$), subthreshold slope ($\mathit{SS}$) of 83 μA/μm, 83 μS/μm, $10^{4}$, and 320 mV/decade, respectively, for a nanowire diameter of 100 nm.
  • Yasunori Kobayashi, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka, Shinjiro Hara, Kenji Hiruma, Takashi Fukui
    2010 22ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDIUM PHOSPHIDE AND RELATED MATERIALS (IPRM) 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    We grew InAsP and InP/InAsP/InP heterostructure NWs (NWs) by selective-area MOVPE and carried out micro-photoluminescence (mu-PL) measurement. We investigated growth conditions for InAsP NWs and that embedded in InP NWs, and obtained exciton and biexciton emissions from InAsP QDs at optimized growth conditions. Negative binding energy of biexciton was observed due to the strong Coulomb interaction between the holes in the QDs.
  • J. Motohisa, K. S. K. Varadwaj, K. Tomioka, T. Fukui
    2010 15TH OPTOELECTRONICS AND COMMUNICATIONS CONFERENCE (OECC) 214 - + 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    We report on the optical properties of III-V semiconductor nanowires (NWs) grown by by selective-area matalorganic vapor phase epitaxy and its application to photonic devices. Results for NWs containing heterostructures are mainly discussed.
  • T. Fukui, K. Tomioka, S. Hara, K. Hiruma, J. Motohisa
    PROCEEDINGS OF 2010 CONFERENCE ON OPTOELECTRONIC AND MICROELECTRONIC MATERIALS AND DEVICES (COMMAND 2010) 209 - 210 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    We fabricated various kinds of III-V semiconductor nanowires and core-shell nanowires using selective area metalorganic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE) on (111) oriented substrates, such as GaAs, GaAs/AIGaAs, InP, InPllnAsllnP on III-V substrates, and InAs and GaAs on Si. As for device applications, we fabricated GaAs/GaAsP core-shell nanowire photo-excited lasers, and InP core-shell pn junction solar cells. We also demonstrate III-V semiconductor nano-wires grown on Si (111) substrates.
  • T. Fukui, K. Tomioka, S. Hara, K. Hiruma, J. Motohisa
    2010 22ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDIUM PHOSPHIDE AND RELATED MATERIALS (IPRM) 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    We fabricated various kinds of III-V semiconductor nanowires and core-shell nanowires using selective area metalorganic vapor phase epitaxy (SA-MOVPE) on (111) oriented substrates, such as GaAs, GaAs/AlGaAs, InP, InP/InAs/InP on III-V substrates, and InAs and GaAs on Si. As for device applications, we fabricated GaAs/GaAsP core-shell nanowire photo-excited lasers, and InP core-shell pn junction solar cells. I will also introduce III-V semiconductor nanowires grown on Si (111) substrates
  • Masaharu Yoshioka, Katsuhiro Tomioka, Shinjiroh Hara, Takashi Fukui
    iiWAS2010 - 12th International Conference on Information Integration and Web-Based Applications and Services 871 - 874 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    We are developing a framework for knowledge creation in nanodevice development, based on collaboration between nanodevice engineers and computer science researchers. Development of nanodevices requires a variety of knowledge some of this knowledge is tacit, based on the user's experience. Therefore, it is difficult to become a good engineer in this development process. We propose the concept of "Evidence-based experiment planning" and develop a process for supporting experiment planning in nanodevice development. This system applies knowledge discovery techniques to records of previous experiments to extract experienced engineers' tacit knowledge. Copyright 2010 ACM.
  • H. Goto, K. Nosaki, K. Tomioka, S. Hara, K. Hiruma, J. Motohisa, T. Fukui
    Applied Physics Express 2 3 035004-1 - 035004-3 Japan Society of Applied Physics 2009年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We report on the formation of core--shell pn junction InP nanowires using a catalyst-free selective-area metalorganic vapor-phase epitaxy (SA-MOVPE) method. A periodically aligned dense core--shell InP nanowire array was fabricated and used in photovoltaic device applications. The device exhibited open-circuit voltage ($V_{\text{OC } }$), short-circuit current ($I_{\text{SC } }$) and fill factor (FF) levels of 0.43 V, 13.72 mA/cm2 and 0.57, respectively, which indicated a solar power conversion efficiency of 3.37% under AM1.5G illumination. This study demonstrates that high quality core--shell structure nanowire fabrication is possible by SA-MOVPE and that the nanowire arrays can be used in integrated nanowire photovoltaic devices.
  • K. Tomioka, Y. Kobayashi, J. Motohisa, S. Hara, T. Fukui
    Nanotechnology 20 145302  2009年 [査読無し][通常論文]
  • H. Sasakura, H. Kumano, I. Suemune, J. Motohisa, Y. Kobayashi, M. van Kouwen, K. Tomioka, T. Fukui, N. Akopian, V. Zwiller
    J. Phys. 193 01232  2009年 [査読有り][通常論文]
     
    We report optical properties of InP/InAsP/InP nanowire quantum dots and single-photon Fourier spectroscopy of an exciton in a single InAsP quantum dot embedded in an InP nanowire. The coherent length of the time-averaged emission originating from the single InAsP QD was measured by a Mach-Zehnder interferometer inserted in the photoluminescence path. Effects of fluctuations in surrounding excess charges trapped in the InP nanowire were investigated by excitation power and energy dependencies.
  • L. Yang, J. Motohisa, K. Tomioka, J. Takeda, T. Fukui, M-M Geng, L-X. Jia, L. Zhang, Y-L. Liu
    Nanotechnology 19 275304-1 - 275304-7 2008年05月 [査読有り][通常論文]
  • J. Noborisaka, T. Sato, J. Motohisa, K. Tomioka, S. Hara, T. Fukui
    Device Research Conference - Conference Digest, DRC 177 - 178 2008年 [査読有り][通常論文]
  • 冨岡 克広, 佐藤 拓也, 原 真二郎, 本久 順一, 福井 孝志
    表面科学 29 12 726 - 730 The Surface Science Society of Japan 2008年 [査読無し][通常論文]
     
    We report on the growth of III-V compound semiconductor nanowires by selective-area MOVPE. Position-controlled growth of GaAs nanowire, and InP/InAs/InP core-multi shell nanowires are reviewed. The nanowires are oriented to <111>B or <111>A directions and they have hexagonal cross-section surrounded with {1-10} vertical side facets and (111)B or A top surface. Also, we can control the growth direction to axial or radial by changing the growth parameters. InP/InAs/InP core-multi shell nanowires whose well thickness is of several monolayers are fabricated by using this method. We also review on the growth of vertical GaAs nanowires on Si substrate and fabrication of InGaAs nanowire-FETs.
  • K. Tomioka, J. Motohisa, S. Hara, T. Fukui
    Nano Letters 8 10 3475 - 3480 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 比留間 健之, 池尻 圭太郎, 吉田 浩惇, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎, 福井 孝志
    日本結晶成長学会誌 34 4 36 - 44 2008年01月 [査読有り][通常論文]
  • J. Noborisaka, T. Sato, J. Motohisa, S. Hara, K. Tomioka, T. Fukui
    Japanese Journal of Applied Physics 46 11 7562 - 7568 Published by the Japan Society of Applied Physics through the Institute of Pure and Applied Physics 2007年11月 [査読有り][通常論文]
     
    Single InGaAs nanowire-top-gate metal–semiconductor field-effect transistors (MESFETs) were fabricated and characterized. Silicon-doped n-InGaAs nanowires (with a typical diameter of 100 nm) were grown by catalyst-free selective-area metal–organic vapor-phase epitaxy (SA-MOVPE). The FETs of single nanowires on SiO2-coated Si substrates were fabricated by defining metal contacts at both ends of the nanowires and the metal top gate between contacts. According to the measurements of drain current–voltage and gate transfer characteristics, the top-gate MESFETs exhibited significant enhancements in device performance characteristics compared with FETs under back-gate operation; that is, a peak transconductance of 33 mS/mm and a current on–off ratio of $10^{3}$ were obtained. A possibility for further improvements in FET characteristics was also considered.
  • K. Tomioka, P. Mohan, J. Noborisaka, S. Hara, J. Motohisa, T. Fukui
    Journal of Crystal Growth 298 644  2007年 [査読無し][通常論文]
  • Katsuhiro TOMIOKA, Junichi MOTOHISA, Shinjiroh HARA, Takashi FUKUI
    Japanese Journal of Applied Physics 46 45 L1102 - L1104 Japan Society of Applied Physics 2007年 [査読無し][通常論文]
     
    Crystallographic structure of InAs nanowires, which were grown by selective-area metalorganic vapor phase epitaxy on (111)B-oriented substrates, was investigated by transmission electron microscopy (TEM). The TEM images showed that the nanowires had many stacking faults along the growth direction. Statistical analysis of the atomic-layer stacking showed that InAs nanowires contained both zincblende and wurtzite crystal phases, whose transition took place in every one to three monolayers. This specific crystal phase transition resulted in peculiar electron diffraction patterns. The stacking of the atomic layers had no distinct correlation with the diameter of the nanowires.
  • L. Yang, J. Motohisa, J. Takeda, S. Hara, K. Tomioka, T. Fukui
    Nanotechnology 18 105302-1 - 105302-5 2007年01月 [査読有り][通常論文]
  • L. Yang, J. Motohisa, J. Takeda, K. Tomioka, T. Fukui
    Applied Physics Letters 89 203110-1 - 203110-3 2006年11月 [査読有り][通常論文]
  • K. Uchida, K. Tomioka, S. Adachi
    Journal of Applied Physics 100 3 014301-1 - 014301-5 American Institute of Physics 2006年07月 [査読有り][通常論文]
     
    Stable ultraviolet (UV) photoluminescence (PL) has been observed at room temperature in poroussilicon (PSi) fabricated by photoetching in aqueous alkali fluoride solutions. The aqueous solutionsused are 1 M NaF and 1 M KF.They give an alkaline reaction caused by partial hydrolysis. The PLpeaks at ～3.3 eV have a full width at half maximum of ～0.1 eV, which is much smaller than thosereported previously (?0.5 eV). Spectral analyses suggest that both quantum confinement andsurface passivation effects enable the observation of UV emission in NaF- and KF-prepared PSisamples.
  • Katsuhiro Tomioka, Sadao Adachi
    Applied Physics Letters 87 25 251920-1 - 251920-3 American Institute of Physics 2005年12月 [査読有り][通常論文]
     
    A new method of fabricating porous silicon emitting in the ultraviolet (UV) spectral region ispresented. This method uses photoetching in an aqueous salt (KF) solution. Strong UVphotoluminescence is observed at ～3.3 eV with a full width at a half maximum of ～0.1 eV, whichis much narrower than those reported previously. Fourier transform infrared spectroscopy suggeststhat the surface oxide produced during photoetching plays an important role in the UV emission ofthe KF-prepared PSi.
  • Katsuhiro Tomioka, Sadao Adachi
    Journal of Applied Physics 98 7 073551-1 - 073551-7 American Institute of Physics 2005年10月 [査読有り][通常論文]
     
    The structural and optical properties of porous GaP have been studied by scanning electronmicroscopy, spectroscopic ellipsometry, and photoluminescence (PL) spectroscopy. Porous GaPlayers were fabricated by anodic etching in HF:H2O:C2H5OH=1:1:2 electrolyte on n-type (100)and (111)A substrates. The morphology of the porous GaP layer is found to depend strongly on thesurface orientation. Apart from the red emission band at ～1.7 eV, a supra-band-gap (EgX) emissionhas been clearly observed on the porous GaP (111)A sample. The anodic porous layer on the (100)substrate, on the other hand, has shown only the red emission at 300 K and both red and greendonor-acceptor pair emissions at low temperatures. The correlation between the PL properties andthe porous morphology is discussed. An optical transition model is also proposed for the explanationof the PL emission properties of the porous GaP samples.
  • Sadao Adachi, Katsuhiro Tomioka
    Electrochemical Solid-State Letters 8 10 G251 - G253 2005年08月 [査読有り][通常論文]
  • Katsuhiro Tomioka, Sadao Adachi
    Journal of the Electrochemical Society 152 3 G173 - G178 2005年01月 [査読有り][通常論文]

書籍

  • Emerging Devices for Low-Power and High-Performance Nanosystems: Physics, Novel Functions, and Data Processing
    冨岡 克広 (担当:分担執筆範囲:Chapter 2 - Several Challenges in Steep-Slope Tunnel Field-Effect Transistors)
    Pan Stanford 2018年08月 (ISBN: 9814800112) 450
  • Novel Compound Semiconductor Nanowires – Materials, Devices, and Applications
    冨岡 克広 (担当:分担執筆範囲:Chapter 14 – III-V Nanowires: Transistor and photovoltaic applications)
    Pan Stanford Publishing 2017年11月 (ISBN: 9814745766) 53 p. 464 – 516
  • Handbook of Crystal Growth, Second Edition edited by T. Nishinaga, P. Rudolph, and T. Kuech
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui (担当:分担執筆範囲:Chapter 4 in Volume: 2A - Growth of Semiconductor Nanocrystals)
    Elsevier 2014年12月 (ISBN: 9780444563699)
  • ナノワイヤ最新技術の基礎と応用展開
    冨岡克広 (担当:分担執筆範囲:第III編第3章 - ナノワイヤのトランジスタ応用)
    株式会社シーエムシー出版 2013年03月 (ISBN: 9784781307602) 241 208-223
  • Semiconductor Nanowire and Their Optical Applications
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui (担当:分担執筆範囲:Chapter 3: III-V Semiconductor Nanowires on Si by Selective-Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy.)
    Springer 2012年01月 (ISBN: 3642224792)
  • Advances in III-V Semiconductor Nanowires and Nanodevices, edited by J. Li, D. Wang, and R. R. LaPierre
    Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka, Bin Hua, Kumar S, K. Varadwaj, Shinjiroh Hara, Kenji Hiruma, Takashi Fukui (担当:分担執筆範囲:III-V Semiconductor Nanowire Light Emitting Diodes and Lasers)
    Bentham Science Publisher 2011年11月

講演・口頭発表等

  • (Invited) Vertical III-V Nanowire Transistors and Prospects  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka
    17th D2T Symposium 2022年09月 口頭発表（招待・特別）
  • (Invited) Integration of III-V Nanowires on Si and their Device Applications  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    14th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials/15th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science (ISPlasma2022/IC-PLANTS2022) 2022年03月 口頭発表（招待・特別）
  • (Invited) Integration of III-V Nanowire on Si and Their Device Application  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka, Hironori Gamo, Junichi Motohisa
    International Union of Materials Research Societies - International Conference in Asia 2021 (IUMRS-ICA 2021) 口頭発表（招待・特別） On/Offline hybrid event, Jeju, Korea
  • (Invited) Integration of III-V nanowire LEDs on Si  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    The 20th International Meeting on Information Display (IMID 2020) 口頭発表（招待・特別） Online conference, Korea
  • (Invited) InP-based Nanowires Towards On-demand Single Photon Emitters  [招待講演]
    Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    XXth International Workshop on Physics of Semiconductor Devices (IWPSD 2019) 口頭発表（招待・特別） Kolkata, India
  • “(Invited) Vertical Tunnel FET Technologies Using III-V/Si Heterojunction  [招待講演]
    K. Tomioka, H. Gamo, J. Motohisa
    236th ECS meeting 2019年10月 口頭発表（招待・特別）
  • Selective-Area Epitaxy of III-V Nanowires on Si and Their Switching Applications  [招待講演]
    K. Tomioka, J. Motohisa
    7th International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures (Semicon Nano 2019) 2019年09月 口頭発表（招待・特別）
  • Integration of III-V nanowires on Si and their transistor applications (Plenary)  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka
    22nd International Conference on Advanced Materials 2018年12月 口頭発表（基調）
  • Transistor applications using vertical III-V nanowires on Si platform  [招待講演]
    K. Tomioka, T. Fukui
    232nd ECS meeting 2017年10月 口頭発表（招待・特別）
  • MOVPE選択成長法によるナノワイヤ成長とデバイス応用  [招待講演]
    冨岡 克広, 本久 順一
    第78回応用物理学秋季学術講演会 2017年09月 口頭発表（招待・特別）
  • Vertical III-V nanowires on Si and transistor applications  [招待講演]
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM 2017) 2017年08月 口頭発表（招待・特別）
  • 半導体ナノワイヤ選択成長と電子デバイス応用  [招待講演]
    第9回ナノ構造エピタキシャル成長講演会 2017年07月 口頭発表（招待・特別）
  • Phase transition from Zinc Blende to Wurtzite and green-yellow emission of AlInP grown by crystal structure transfer method (Invited)  [招待講演]
    Takashi Fukui, Yoshihiro Hiraya, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka
    13th Sweden - Japan QNANO Workshop 2017年03月 口頭発表（招待・特別）
  • Selective area growth of III-V nanowires on Si and their transistor applications  [招待講演]
    K. Tomioka
    2016 HU-SNU Joint Workshop 2016年11月 口頭発表（招待・特別）
  • Recent progress in vertical Si/III-V tunnel FETs: from fundamentals to current boosting technology  [招待講演]
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    PRiME 2016 2016年10月 口頭発表（招待・特別）
  • Advances in Steep-Slope Tunnel FETs  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    ESSDERC 2016 2016年09月 口頭発表（招待・特別）
  • Selective-area growth of III-V nanowires on Si and transistor applications  [招待講演]
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    The 8th International Conference on Low Dimensional Structures and Devices (LDSD 2016) 2016年08月 口頭発表（招待・特別）
  • Heterogeneous Integration of InGaAs-Related Nanowires on Si and Their Device Applications  [招待講演]
    K. Tomioka, F. Ishizaka, J. Motohisa, T. Fukui
    18th International Conference on Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVIII), San Diego, USA, July 10-15 (2016) 2016年07月 口頭発表（招待・特別）
  • Vertical transistors using III-V nanowires on Si  [招待講演]
    Tomioka Katsuhiro
    2015 CNU-HU Joint Workshop, Daejeon, Korea, Nov. 20th (2015). 2015年11月 口頭発表（招待・特別）
  • Recent progress in vertical TFET using III-V/Si heterojunction  [招待講演]
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    Steep Transistors Workshop, Notre Dame, USA, Oct. 5-6 (2015). 2015年10月 口頭発表（招待・特別）
  • Vertical Tunnel FETs Using III-V Nanowire/Si Heterojunctions  [招待講演]
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fuku
    228th ECS Meeting, phoenix, Arizona, USA 2015年10月 口頭発表（招待・特別）
  • Vertical III-V nanowire transistors for future low-power switches  [招待講演]
    K. Tomioka, T. Fukui
    12th Sweden - Japan QNANO Workshop, Hindas, Sweden, Sep. 24-25 (2015). 2015年09月 口頭発表（招待・特別）
  • Heterogeneous integration of vertical III-V nanowires on Si and Ge and their applications  [招待講演]
    K.Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    The 20th American Conference on Crystal Growth and Epitaxy and The 17th Biennial Workshop on Organometallic Vapor Phase Epitaxy (ACCGE-20/OMVPE-17), Big Sky, Montana, USA, 2-7 Aug. (2015). 2015年08月 口頭発表（招待・特別）
  • Vertically Aligned Semiconductor Nanowire Array and Their Applications (Invited)  [招待講演]
    T. Fukui, F. Ishizaka, K. Tomioka
    Compound Semiconductor Week 2015 (CSW2015), Santa Barbara, USA, June 28 - July 2 (2015). 2015年06月 口頭発表（招待・特別）
  • III-V nanowire channel on Si: From high-performance Vertical FET to steep-slope device  [招待講演]
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    2015 International Symposium on VLSI Technology, Systems and Applications (2015 VLSI-TSA), Hsinchu, Taiwan, April 27-29 (2015) 2015年04月 口頭発表（招待・特別）
  • シリコン基板上のInAsナノワイヤ縦型サラウンディングゲートFETの作製  [通常講演]
    第70回応用物理学学術講演会 2009年
  • GaAs(111)B上にMOVPE選択成長されたInGaAsナノワイヤの成長温度依存性評価  [通常講演]
    第70回応用物理学学術講演会 2009年
  • AlGaAs/GaAsコア・マルチシェルナノワイヤ発光ダイオードの作製とSi基板上への集積化  [通常講演]
    第70回応用物理学学術講演会 2009年 ポスター発表
  • シリコン基板上のGaAsナノワイヤ成長：コヒーレント成長の実現  [通常講演]
    第70回応用物理学学術講演会 2009年
  • MOVPE選択成長法によるSi(111)基板上のInAsナノワイヤ成長  [通常講演]
    第55回応用物理学関係連合講演会 2008年
  • MOVPE選択成長したInAsナノワイヤの縦型二端子測定  [通常講演]
    第69回応用物理学学術講演会 2008年
  • MOVPE選択成長法によるSi基板上のGaAs/AlGaAsコア・シェルナノワイヤの作製  [通常講演]
    第69回応用物理学学術講演会 2008年 ポスター発表
  • MOVPE選択成長法により作製したInAsナノワイヤのTEM観察  [通常講演]
    第54回応用物理学関連連合講演会 2007年
  • MOVPE選択成長法によるSi(111)基板上のIII-V化合物半導体ナノワイヤの作製  [通常講演]
    第68回応用物理学学術講演会 2007年

その他活動・業績

特許

  • 特願2022-48567:マルチモードスイッチ素子  2022年03月24日
    蒲生 浩憲, 冨岡 克広  北海道大学
  • 米国特許登録 US Patent 10,403,498:Group III-V compound semiconductor nanowire, field effect transistor, and switching element    2019年04月
    冨岡克広, 福井孝志
  • 特願2015-193196:トンネル電界効果トランジスタ  2015年09月30日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 中華人民共和国特許登録番号ZL201080043950.2:トンネル電界トランジスタおよびその製造方法  
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • 特許番号第5655228号:半導体構造物の製造方法  
    冨岡 克広, 福井 孝志, 本久 順一, 原 真二郎
  • 特許番号第5652827号:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • United States Patent No.8895958:発光素子およびその製造方法  
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 台湾出願103137589:III-V族化合物半導体ナノワイヤ、電界効果トランジスタおよびスイッチ素子  2014年10月30日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • PCT出願PCT/JP2014/005463:III-V族化合物半導体ナノワイヤ、電界効果トランジスタおよびスイッチ素子  2014年10月29日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • United States Patent No. 8816324:Semiconductor Device and Method for Manufacturing Semiconductor Device (半導体装置および半導体装置の製造方法)  
    Takashi Fukui, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Shinjiroh Hara
  • PCT出願PCT/JP2014/004175:トンネル電界効果トランジスタ、その製造方法およびスイッチ素子  2014年08月12日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • United States Patent No.8698254:Tunnel Field Effect Transistor and Method for Manufacturing Same (トンネル効果トランジスタ、その製造方法およびスイッチ素子)  
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui, Tomotaka Tanaka
  • 特許5464458:半導体装置及び半導体装置の製造方法    2014年01月31日
    福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
  • 特願2013-226675:III-V族化合物半導体ナノワイヤ、電界効果トランジスタおよびスイッチ素子  2013年10月31日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 台湾出願103127711:トンネル電界効果トランジスタ、その製造方法およびスイッチ素子  2013年08月13日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 特願2013-168048:トンネル電界効果トランジスタ、その製造方法およびスイッチ素子  2013年08月13日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 特願2013-138894:発光素子およびその製造方法  2013年07月02日
    福井 孝志, 石坂 文哉, 冨岡 克広
  • 台湾出願100106528:半導体装置及び半導体装置の製造方法  2011年02月23日
    福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
  • 米国出願13/581242:半導体装置及び半導体装置の製造方法  2011年02月23日
    福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
  • 特願2012-501804:半導体装置及び半導体装置の製造方法  2011年02月23日
    福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
  • 欧州出願11747358.7:半導体装置及び半導体装置の製造方法  2011年02月23日
    福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
  • PCT出願PCT/JP2011/053909:半導体装置及び半導体装置の製造方法  2011年02月23日
    福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
  • 米国出願13/499333:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  2010年09月29日
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • 韓国出願10-2012-7007578:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  2010年09月29日
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • 特願2011-534074:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  2010年09月29日
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • 欧州出願10820133.6:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  2010年09月29日
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • PCT出願PCT/JP2010/005862:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  2010年09月29日
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • 米国出願13/513082:発光素子およびその製造方法  2010年06月04日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 特願2011-544174:発光素子およびその製造方法  2010年06月04日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • PCT出願 PCT/JP2010/003762:発光素子およびその製造方法  2010年06月04日
    冨岡 克広, 福井 孝志
  • 特願2010-040019:半導体装置及び半導体装置の製造方法  2010年02月25日
    本久 順一, 原 真二郎, 福井 孝志, 冨岡 克広
  • 特願2009-273561:トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法  2009年12月01日
    冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
  • 多孔質半導体膜の形成方法
    特許第４２５７４３１号

受賞

  • 2022年10月 北海道経産局 第7回 NoMaps Dream Pitch 最優秀賞・NEDO賞・NICT賞
     燃えない近未来デバイス技術プラットフォーム
  • 2022年02月 北海道 北海道科学技術奨励賞
     半導体ナノワイヤ成長技術とその次世代電子デバイスへの応用
  • 2017年12月 Material Research Society Symposium Best Paper Award
  • 2017年04月 公益財団法人 船井情報科学振興財団 第16回船井学術賞
     
    受賞者: 冨岡 克広
  • 2016年12月 第13回（平成28年度）日本学術振興会賞
     
    受賞者: 冨岡 克広
  • 2016年09月 国際固体素子・材料国際会議論文賞(SSDM Paper Award)
  • 2016年02月 国立大学法人 北海道大学 平成27年度 研究総長賞(奨励賞)
     
    受賞者: 冨岡 克広
  • 2015年11月 東北大学 電気通信研究所（RIEC） 第5回 RIEC Award
     
    受賞者: 冨岡 克広
  • 2015年11月 一般財団法人 エヌエフ基金 研究開発奨励賞優秀賞
     
    受賞者: 冨岡 克広
  • 2015年10月 一般財団法人 エヌエフ基金 研究開発奨励賞
     
    受賞者: 冨岡 克広
  • 2015年04月 文部科学省 科学技術分野の文部科学大臣表彰・若手科学者賞
     
    受賞者: 冨岡克広
  • 2014年06月 一般財団法人 安藤研究所 第27回安藤研究所研究奨励賞
     
    受賞者: 冨岡克広
  • 2014年03月 一般財団法人 丸文財団 第17回丸文研究奨励賞
     
    受賞者: 冨岡克広
  • 2014年02月 電子情報通信学会 エレクトロニクスソサイエティ招待論文賞
     
    受賞者: 冨岡克広
  • 2010年09月 社団法人 応用物理学会 応用物理学会講演奨励賞
     MOVPE選択成長法と再成長によるシリコン基板上のGaAs/InAs/GaAsナノワイヤ量子井戸の作製 
    受賞者: 冨岡克広;本久順一;原真二郎;比留間健之;福井孝志
  • 2009年08月 MRS 2009 spring meeting Session Best poster award
  • 2009年07月 IWPSN Committee International Workshop on Photon and Spins in Nanostructure (IWPSN) Best Poster Award
     
    受賞者: 冨岡克広

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 半導体構造相転移材料の創成
    科学技術振興機構：創発的研究支援事業
    研究期間 : 2021年04月 -2027年03月
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2022年04月 -2026年03月 
    代表者 : 冨岡 克広, 池辺 将之, 本久 順一
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2021年04月 -2025年03月 
    代表者 : 深田 直樹, J. Wipakorn, 宮崎 剛, 本久 順一, 冨岡 克広, 松村 亮
     
    現行の平面型金属・酸化膜・半導体電界効果型トランジスタ（MOSFET）では、微細化した回路素子からのリーク電流による発熱が大きくなるため、従来のスケール則に従った微細化だけでは素子の性能向上に限界が指摘されている。本研究では、IV族半導体Si、Ge、新規高移動度材料として注目されているGeSnから形成される特殊なコアシェルヘテロ接合により高電子移動度型トランジスタ（HEMT）構造を１次元ナノワイヤ内部に形成することで、次世代トランジスタの微細化限界・低消費電力化の課題を解決し、ナノ構造でも不純物散乱のない高移動度デバイスを実現する。 初年度はサイズ・配列制御可能で、大面積での繰り返しパターン形成が容易で時間短縮できるナノインプリント法と反応性イオンエッチング（RIE）法を適用し、i(intrinsic)-Ge/p-Si、逆構造であるp-Si/i-Geおよびp-Si/i-Ge1-xSnxコアシェルナノワイヤ中のコア領域のp-Siおよびi-Geナノワイヤアレイの形成を行った。RIEの条件をSiとGeで最適化することで、直径150nmのi-Geおよびp-Siナノワイヤアレイのサイズ・配列制御に成功した。RIEではナノワイヤ表面にダメージが導入される。そこで、表面ダメージ層を低温オゾン酸化とエッチングで除去し、ナノワイヤ径を高速チャネルのサイズとして利用できる50nmまで縮小化することに成功した。ナノワイヤFET形成のためのプロセスおよび大規模第一原理計算によるコアシェルナノワイヤモデルの構築を行った。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2020年04月 -2023年03月 
    代表者 : 本久 順一, 冨岡 克広
     
    令和2年度は、ナノワイヤを利用したベクトル光波を発生する素子構造として提案しているもののうち、WGM型の発光特性の評価を行うとともに、そのナノワイヤからのベクトル光波の発生を確認した。具体的には、有機金属気相選択成長法により作製したGaAs/InGaAs/GaAs コアマルチシェル構造のナノワイヤに対し、まず連続光励起下の顕微PL測定により、Q値が200程度の共振モードが複数のナノワイヤで観測されることを確認した。そして、パルス光励起による評価を行ったところ、連続光励起ではブロードな発光しか観測されなかった波長において、励起光強度に対し非線形的に増大する発光ピークを複數のナノワイヤにおいて観測した。これはナノワイヤがレーザ発振していることを強く示している。そして、連続光およびパルス光励起のそれぞれの条件で、発光のピーク強度の偏光依存性を評価したところ、λ/2波長板の回転角に対し90度周期で強度が振動的に変化する一方で、λ/4波長板に対してはその回転角にはほとんど依存しない発光ピークが存在することが明らかとなった。これはナノワイヤからの発光が単純な直線偏光もしくは円偏光とはなっていないことを示している。さらに、パルス光励起の条件下で非常に強度の強い単一ピークが観測されているナノワイヤについて、その発光像を観測したところ、発光像の強度分布が、λ/2波長板の回転角に応じて周期的・空間的に変化することが明らかとなった。この結果は、ナノワイヤからの発光スポットの偏光分布が空間的に一様でなく、そしてまた軸対称となっていることを示しており、以上よりベクトル光波の発生が確認された。同時に発光像のストークス解析を行ったところ、得られたナノワイヤからのベクトル光波は低次のベクトル光波となっていることを示唆する実験結果が得られた。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    研究期間 : 2019年06月 -2022年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
     
    次世代電子スイッチ素子は、低消費電力化と高性能化を両立する必要がある。低消費電力化のためには、電界効果トランジスタ(FET)のスイッチ性能のサブスレッショルド係数について、キャリアの熱拡散原理の物理限界を回避し、新しい電流輸送機構で動作するスイッチ素子の実現が不可欠である。これまでにトンネルFET、負性容量ゲートFETなどが次世代スイッチ素子として期待されているが、トンネルFETは、トンネル確率で電流値が決定されるため得られる電流値が非常に小さく、負性容量ゲートFETは、誘電率をマッチングするため高速（高周波）動作に向かない。以上から、低消費電力化と高性能化は現行の次世代トランジスタ候補ではトレードオフがあり、低消費電力化と高性能化を両立した新しい原理の次世代スイッチ素子は実現されていない。本研究は、半導体ナノワイヤの長軸 方向に独自の成長手法で超格子構造を形成し、縦型のサラウンディングゲート構造による小さな電界変調によって、伝導帯に形成された多重ポテンシャルで生じる準バリスティック輸送・共鳴トンネル輸送を制御しスイッチングする新しいトランジスタ構造の動作実証を行なう。 R２年度は、超格子ナノワイヤ選択成長と共鳴トンネル動作の検証を進め、InGaAs/GaAsの組み合わせからなる超格子ナノワイヤが目標構造に適していることがわかったため、主にInGaAs/GaAs超格子ナノワイヤ結晶成長技術の確立に主眼を置き、以下の研究事項について実施した。 (i) InP(111)B基板上のInGaAs/GaAsナノワイヤ超格子構造の成長および成長機構の解明、(ii)Si基板上のInGaAs/GaAs超格子ナノワイヤのダイオード素子の試作と特性評価、(iii)コアシェル型ナノワイヤ構造のFET特性の検証
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2019年04月 -2022年03月 
    代表者 : 冨岡 克広, 池辺 将之, 本久 順一
     
    本研究は、研究代表者が独自に確立してきた半導体ナノワイヤ選択成長技術を用いることで、ナノワイヤとSi基板の界面に形成されるSi/III-Vヘテロ接合によっ て、低消費電力性能と高性能化を両立できる縦型トランジスタ構造の次世代集積回路の基盤技術を確立する。具体的には、Si上のIII-Vナノワイヤ異種集積技術に よって、高品質ナノワイヤチャネルとSi/III-V異種接合を形成することで、グリッド細線上に加工したSOI基板上に、大幅に低い電圧でスイッチング動作する縦型 トンネルFETをアレイ集積し結晶成長技術で高性能化を図る。さらに、配線構造を工夫することで相補型スイッチング動作を実証し、縦型ナノワイヤTFET構造から なる立体集積回路の基本構造を作製し、回路動作を評価することで、超低消費電力・高効率立体集積回路の基盤技術の創出を目指す。 R2年度は、コロナ禍のためSOI(111)薄膜基板の受注生産が大幅に遅れたため、現有SOI(111)基板を用いて、主に縦型トンネルFETアレイの高性能・機能化に主眼を置き、以下の研究事項について実施した。(i) SOI(111)基板の薄膜化とSOI(111)基板上のInAs, InGaAsナノワイヤ選択成長、(ii) InGaAs変調ドープコアシェルマルチシェル型ナノワイヤ/Siヘテロ接合界面の結晶構造評価、(iii)変調ドープ層をもつコアマルチシェルナノワイヤを用いたSi/III-Vヘテロ接合縦型トンネルトランジスタ素子の相補型スイッチング実証。年間の研究を通して、当初予定していた縦型TFETの相補型スイッチング実証と急峻なサブスレッショルド係数を同時に実現することができ、二年目の目的はほぼ達成できたと言える。回路実証については、コロナ禍のため回路構成に必要な特注基板の受注生産が大幅に遅れたため次年度へ延期した。
  • 化合物半導体ナノワイヤによる立体縦型トランジスタ高速CMOS技術の確立
    一般財団法人 テレコム先端技術研究支援センター：平成３０年度助成
    研究期間 : 2018年04月 -2021年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 新しい半導体接合を用いた低電圧スイッチ素子の高性能化
    公益財団法人 東電記念財団：2017年度研究助成（基礎研究）
    研究期間 : 2018年04月 -2020年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 本久 順一, 原 真二郎, 冨岡 克広
     
    成長時のIn原料の供給組成比を適切に制御し、PL測定および光電流スペクトル測定による吸収端波長の評価により、通信波長帯で発光するSi基板上InGaAsナノワイヤアレイの形成を確認した。また、InP系ナノワイヤによる発光ダイオードの発光特性を評価し、発光機構が発光性トンネリングであることを明らかにした。V族組成比の制御およびアニールによりナノワイヤサイズの制御の結果、通信波長帯で発光するInAsP/InP量子ドットナノワイヤを得ることに成功した。pn接合を有するInAsP/InPヘテロ構造ナノワイヤを用いて発光ダイオードを作製し、InAsPに由来する近赤外領域からの発光を確認した。
  • 高品質狭ギャップ化合物半導体ナノワイヤ材料の創生と省エネルギー電子素子応用
    公益財団法人 矢崎科学技術振興記念財団：第34回(2016年度)一般研究助成（新材料）
    研究期間 : 2017年04月 -2020年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • IV族/III-V族ヘテロ接合の界面欠陥制御に基づく低電圧スイッチ素子の回路応用
    独立行政法人日本学術振興会：科学研究費助成事業（科学研究費補助金）若手研究（A)
    研究期間 : 2016年04月 -2019年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 高品質狭ギャップ化合物半導体ナノワイヤ材料の創生と低電圧電子素子応用
    公益財団法人 サムコ科学技術振興財団：第1回(2018年度)一般研究助成
    研究期間 : 2017年10月 -2018年10月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 半導体ナノワイヤを用いた新型光検出器 (分担)
    独立行政法人日本学術振興会：科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2016年04月 -2018年03月 
    代表者 : 本久 順一
  • 新しい半導体接合による低電圧スイッチ素子応用と高性能化に関する研究
    公益財団法人 カシオ科学振興財団：第34回（平成28年度）研究助成
    研究期間 : 2016年12月 -2017年12月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • ナノワイヤ異種集積技術に基づくGe/III-V ハイブリッド電子デバイスの創成
    公益財団法人 マツダ財団：第32回(2016年度)マツダ研究助成
    研究期間 : 2016年11月 -2017年11月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • ナノワイヤ異種集積技術に基づくGe/III-Vハイブリッド電子デバイスの創成
    公益財団法人 村田学術振興財団：平成28年度 研究助成（自然科学）
    研究期間 : 2016年06月 -2017年06月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 化合物半導体ナノワイヤによる光デバイス応用(分担)
    独立行政法人日本学術振興会：科学研究費助成事業（科学研究費補助金）基盤研究（S）
    研究期間 : 2015年04月 -2016年03月 
    代表者 : 福井孝志
  • 新しい半導体固相界面による新規グリーンデバイスの開発
    JST戦略的創造研究推進制度（個人研究型）：個人研究推進事業：さきがけ研究21-PRESTO
    研究期間 : 2012年10月 -2016年03月 
    代表者 : 冨岡克広
  • Si/III-V族半導体超ヘテロ界面の機能化と低電力スイッチ素子の開発
    ＪＳＴ戦略的創造研究推進制度（個人研究型） （個人研究推進事業：さきがけ研究２１‐ＰＲＥＳＴＯ）
    研究期間 : 2009年 -2013年
  • Si/III-V族化合物半導体ナノワイヤへテロ接合界面のTEM観察評価とその応用に関する研究
    日本科学協会：笹川研究助成
    研究期間 : 2009年04月 -2010年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 半導体ナノワイヤに形成したコア・シェル量子井戸おける光物性と微小電流注入レーザーへの応用に関する研究
    財団法人光科学技術研究振興財団：研究助成
    研究期間 : 2009年04月 -2010年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 有機金属気相選択成長法による半導体ナノワイヤへテロ構造作製とその応用に関する研究
    独立行政法人日本学術振興会：特別研究員奨励費 PD
    研究期間 : 2008年04月 -2009年03月 
    代表者 : 冨岡 克広
  • 有機金属気相選択成長法による半導体ナノワイヤへテロ構造作製とその応用に関する研究
    独立行政法人日本学術振興会：特別研究員奨励費 DC2
    研究期間 : 2007年04月 -2008年03月 
    代表者 : 冨岡 克広

教育活動情報

主要な担当授業

  • 半導体デバイス物理学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 情報科学院
    キーワード : 半導体物性、固体物性、電子輸送、MOSFET、量子構造、量子デバイス、半導体ヘテロ構造、半導体エピタキシャル成長
  • 量子デバイス学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : 半導体物性、固体物性、電子輸送、MOSFET、量子構造、量子デバイス、半導体ヘテロ構造、半導体エピタキシャル成長
  • 半導体デバイス物理学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 博士後期課程
    開講学部 : 情報科学院
    キーワード : 半導体物性、固体物性、電子輸送、MOSFET、量子構造、量子デバイス、半導体ヘテロ構造、半導体エピタキシャル成長
  • 量子デバイス学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 博士後期課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : 半導体物性、固体物性、電子輸送、MOSFET、量子構造、量子デバイス、半導体ヘテロ構造、半導体エピタキシャル成長
  • 電気電子工学実験Ⅰ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : バイポーラトランジスタ，増幅回路，MOSFET，CMOS，演算増幅器，論理回路，順序回路，ディジタル回路
  • 電気電子工学実験Ⅱ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 偏光，旋光，回折，屈折，結晶構造，X線回折，半導体物性，ホール効果，電気磁気エネルギー，電力
  • 電気電子工学実験Ⅲ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 半導体プロセス，MOSFET，集積回路特性評価，SPICE，回路シミュレーション，アセンブリ言語
  • 情報学 Ⅰ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 全学教育
    キーワード : 情報活用，情報社会，情報科学，プログラミング，データサイエンス
  • 電子デバイス工学
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 半導体、電子と正孔（ホール）、ダイオード、トランジスタ、集積回路、受光素子、発光素子、表示素子
  • 電気電子材料工学
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 電気電?材料，結晶，電?のエネルギーバンド，?属，半導体，ドーピング，半導体薄膜合成，半導体微細加?，光材料，誘電体，磁性材料，磁気特性

大学運営

委員歴

  • 2021年10月 - 現在   Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW) 2023   実行委員長
  • 2020年06月 - 現在   Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW) 2021   論文委員長
  • 2020年02月 - 現在   SSDM 2021   実行総務
  • 2019年 - 現在   International Conference of Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE)   国際諮問委員
  • 2015年 - 現在   文部科学省科学技術政策研究所科学技術動向研究センター   専門調査員
  • 2018年09月 - 2020年06月   IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop 2019 (SNW2019)   論文副委員長
  • 2018年01月 - 2019年04月   Material Research Society (MRS) fall meeting 2019   Symposium Organizing Committee
  • 2018年04月 - 2019年   31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2018)   現地実行委員
  • 2018年01月 - 2019年   IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW)   プログラム委員
  • 2017年12月 - 2018年12月   Compound Semiconductor Week 2018 (CSW2018)   プログラム委員
  • 2017年04月 - 2018年03月   30th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2017)   プログラム委員
  • 2016年 - 2018年   The 19th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XIX)   財務委員、国際論文委員、出版委員
  • 2016年10月 - 2017年10月   電子材料シンポジウム(EMS)   総務委員(論文)
  • 2017年 - 2017年   IEEE Silicon Nanowlectronics Workshop 2017 (SNW 2017)   プログラム委員
  • 2016年   29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)   プログラム委員
  • 2016年   IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop 2016 (SNW 2016)   プログラム委員
  • 2016年   18th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVIII)   プログラム委員
  • 2015年   IEDM 2015   プログラム委員
  • 2015年   28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)   プログラム委員
  • 2015年   2015 CSW ISCS/IPRM   プログラム委員
  • 2014年   IEDM 2014   プログラム委員
  • 2014年   17th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVII)   プログラム委員
  • 2014年   26th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2014)   プログラム委員
  • 2013年   27th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2013)   現地実行委員
  • 2013年   38th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2013)   論文委員
  • 2012年   16th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVI)   プログラム委員
  • 2012年   Korean Physical Society, 15th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications (ISPSA-XV)   論文委員

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