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 集積システム分野教授
Last Updated :2025/06/07

■研究者基本情報

学位

  • 博士(工学), 北海道大学, 2008年03月

プロフィール情報



Researchmap個人ページ

研究者番号

  • 60519411

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

■経歴

経歴

  • 2024年11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, 教授
  • 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 - 2024年11月
    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

委員歴

  • 2019年 - 現在
    International Conference of Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE), 国際諮問委員, 学協会
  • 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, 政府
  • 2021年10月 - 2023年01月
    Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW) 2023, 実行委員長, 学協会
  • 2020年02月 - 2021年12月
    SSDM 2021, 実行総務, 学協会
  • 2020年06月 - 2021年06月
    Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW) 2021, 論文委員長, 学協会
  • 2018年09月 - 2020年06月
    IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop 2019 (SNW2019), 論文副委員長, 学協会
  • 2018年01月 - 2019年04月
    Material Research Society (MRS) fall meeting 2019, Symposium Organizing Committee, 学協会
  • 2018年04月 - 2019年
    31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2018), 現地実行委員, 学協会
  • 2018年01月 - 2019年
    IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop (SNW), プログラム委員, 学協会
  • 2017年12月 - 2018年12月
    Compound Semiconductor Week 2018 (CSW2018), プログラム委員, 学協会
  • 2017年04月 - 2018年03月
    30th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2017), プログラム委員, 学協会
  • 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, 学協会
  • 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, 学協会
  • 2016年
    29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015), プログラム委員, 学協会
  • 2016年
    IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop 2016 (SNW 2016), プログラム委員, 学協会
  • 2016年
    18th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVIII), プログラム委員, 学協会
  • 2015年
    IEDM 2015, プログラム委員, 学協会
  • 2015年
    28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015), プログラム委員, 学協会
  • 2015年
    2015 CSW ISCS/IPRM, プログラム委員, 学協会
  • 2014年
    IEDM 2014, プログラム委員, 学協会
  • 2014年
    17th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVII), プログラム委員, 学協会
  • 2014年
    26th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2014), プログラム委員, 学協会
  • 2013年
    27th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2013), 現地実行委員, 学協会
  • 2013年
    38th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2013), 論文委員, 学協会
  • 2012年
    16th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-XVI), プログラム委員, 学協会
  • 2012年
    Korean Physical Society, 15th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications (ISPSA-XV), 論文委員, その他

■研究活動情報

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               
    国際学会・会議・シンポジウム等の賞
  • 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               
    冨岡 克広
  • 2016年12月, 第13回(平成28年度)日本学術振興会賞               
    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)               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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
    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               
    冨岡克広

論文

  • InP Crystal Phase Heterojunction Transistor with a Vertical Gate-All-Around Structure
    Yu Katsumi, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    ACS Applied Materials & Interfaces, 16, 23, 30471, 30477, American Chemical Society (ACS), 2024年05月31日, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)
  • Size control of InP nanowires by in situ annealing and its application to the formation of InAsP quantum dots
    Masahiro Sasaki, Tomoya Akamatsu, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    Nanotechnology, 35, 19, 195604, 195604, IOP Publishing, 2024年02月20日
    研究論文(学術雑誌), 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.
  • Characterization of nanowire light-emitting diodes with InP/InAsP heterostructures emitting in telecom band
    Junichi Motohisa, Akamatsu Tomoya, Okamoto Manami, Tomioka Katsuhiro
    Japanese Journal of Applied Physics, 63, 3, 03SP08, 03SP08, IOP Publishing, 2024年02月08日
    研究論文(学術雑誌), 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.
  • Selective-Area Growth of Vertical InGaAs/GaSb Core–Shell Nanowires on Silicon and Dual Switching Properties
    Hironori Gamo, Chen Lian, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    ACS Nano, American Chemical Society (ACS), 2023年08月24日, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)
  • Enhanced Light Extraction of Nano‐Light‐Emitting Diodes with Metal‐Clad Structure Using Vertical GaAs/GaAsP Core–Multishell Nanowires on Si Platform
    Katsuhiro Tomioka, Kazuharu Sugita, Junichi Motohisa
    Advanced Photonics Research, 4, 7, Wiley, 2023年04月20日, [査読有り], [筆頭著者]
    研究論文(学術雑誌), 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.
  • Current injection and luminescence properties of wurtzite InP nanowires with crystal phase transition
    Yuki Azuma, Shun Kimura, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    Japanese Journal of Applied Physics, 62, SC, SC1011, SC1011, IOP Publishing, 2022年12月30日, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌), 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.
  • InP nanowire light-emitting diodes with different pn-junction structures
    S Kimura, H Gamo, Y Katsumi, J Motohisa, K Tomioka
    Nanotechnology, 33, 30, 305204, 2022年05月, [査読有り], [最終著者]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Creation of unexplored tunnel junction by heterogeneous integration of InGaAs nanowires on germanium
    Akinobu Yoshida, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    Scientific Reports, 12, 1, Springer Science and Business Media LLC, 2021年12月, [査読有り], [責任著者]
    研究論文(学術雑誌), 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]
  • A logical switch to the vertical direction
    Katsuhiro Tomioka
    Compound Semiconductor, V, 40, 45, 2021年05月, [査読有り], [招待有り], [筆頭著者]
    英語, 研究論文(その他学術会議資料等)
  • Vertical Gate-All-Around Tunnel FETs Using InGaAs Nanowire/Si with Core-Multishell Structure
    Katsuhiro Tomioka, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    2020 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), IEEE, 2020年12月12日, [査読有り], [筆頭著者]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Rational synthesis of atomically thin quantum structures in nanowires based on nucleation processes
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Scientific Reports, 10, 1, Springer Science and Business Media LLC, 2020年12月, [査読有り], [筆頭著者]
    研究論文(学術雑誌)
  • Demonstration of InP/InAsP/InP axial heterostructure nanowire array vertical LEDs
    Tomoya Akamatsu, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    Nanotechnology, 31, 39, 394003, 394003, IOP Publishing, 2020年09月25日, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)
  • Selective-Area Growth of AlInAs Nanowires
    Yoshiki Tai, Hironori Gamo, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    ECS Transactions, 98, 6, 149, 153, The Electrochemical Society, 2020年09月23日, [査読有り], [最終著者]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • InGaAs-InP core–shell nanowire/Si junction for vertical tunnel field-effect transistor
    Katsuhiro Tomioka, Fumiya Ishizaka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters, 117, 12, 123501, 123501, AIP Publishing, 2020年09月21日, [査読有り], [筆頭著者]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Integration of Indium Arsenide/Indium Phosphide Core-Shell Nanowire Vertical Gate-All-Around Field-Effect Transistors on Si
    Hironori Gamo, Katsuhiro Tomioka
    IEEE Electron Device Letters, 41, 8, 1169, 1172, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2020年08月, [査読有り], [最終著者]
    研究論文(学術雑誌)
  • Vertical Tunnel FET Technologies Using III-V/Si Heterojunction
    K.Tomioka, H. Gamo, J. Motohisa
    ECS Transactions, 92, 4, 71, 78, 2019年10月, [査読有り]
    英語
  • III-V族化合物半導体ナノワイヤトランジスタ集積技術 (解説)
    冨岡 克広
    応用物理, 88, 4, 245, 251, 2019年04月, [査読有り], [招待有り], [筆頭著者, 責任著者]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • Characterization of nanowire light-emitting diodes grown by selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy
    J. Motohisa, H. Kameda, M. Sasaki, K. Tomioka
    Nanotechnology, 30, 13, 134002, 134002, IOP Publishing, 2019年03月, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)
  • Vertical InGaAs Nanowire Array Photodiodes on Si
    K. Chiba, A. Yoshida, K. Tomioka, J. Motohisa
    ACS PHOTONICS, 6, 2, 260, 264, American Chemical Society (ACS), 2019年02月, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌)
  • 特集号「ナノワイヤ成長技術の進展」の発刊によせて
    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
    日本語
  • Growth and characterization of GaAs nanowires on Ge(111) substrates by selective-area MOVPE
    Yusuke Minami, Akinobu Yoshida, Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    J. Cryst. Growth, 506, 135, 139, 2018年10月, [査読有り]
    英語
  • Selective-area growth of pulse-doped InAs nanowires on Si and vertical transistor application
    Hironori Gamo, Katsuhiro Tomioka
    J. Cryst. Growth, 500, 58, 62, 2018年10月, [査読有り]
    英語
  • Composition controllability of InGaAs nanowire arrays in selective area growth with controlled pitches on Si platform
    Kohei Chiba, Katsuhiro Tomioka, Akinobu Yoshida, Junichi Motohisa
    AIP ADVANCES, 7, 12, 125304 – 1, 125304 – 5, 2017年12月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Composition controllability of InGaAs nanowire arrays in selective area growth with controlled pitches on Si platform
    Kohei Chiba, Katsuhiro Tomioka, Akinobu Yoshida, Junichi Motohisa
    AIP Advances, 7, 125304, 2017年12月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • (Invited) Transistor application using vertical III-V nanowires on Si platform
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    ECS Transaction, 80, 43, 52, 2017年10月, [査読有り], [招待有り]
    英語
  • Growth of All-Wurtzite InP/AlInP Core–Multishell Nanowire Array
    Fumiya Ishizaka, Yoshihiro Hiraya, Katsuhiro Tomioka, Junithic Motohisa, Takashi Fukui
    Nano Lett., 17, 1350, 1355, 2017年02月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • III-V Nanowires: Transistor and photovoltaic applications
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Novel Compound Semiconductor Nanowires: Materials, Devices, and Applications, 465, 516, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., 2017年01月01日
    英語, 論文集(書籍)内論文
  • Growth of InGaAs nanowires on Ge(111) by selective-area metal-organic vapor phase epitaxy
    A. Yoshida, K. Tomioka, F. Ishizaka, J. Motohisa
    J. Cryst. Growth, 464, 75, 79, 2017年01月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Growth and characterization of wurtzite InP/AlGaP core–multishell nanowires with AlGaP quantum well structures
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • (Invited) Recent Progress in Vertical Si/III-V Tunnel FETs: From Fundamentals to Current-Boosting Technology
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス), 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.
  • Selective-Area Growth of Vertical InGaAs Nanowires on Ge for Transistor Applications
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス), 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.
  • Crystal phase transition to green emission wurtzite AlInP by crystal structure transfer
    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]
    英語, 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.
  • 限界を超えた薄型トランジスター
    Katsuhiro Tomioka
    Nature Digest, 13, 1, 36, 37, Springer Science and Business Media LLC, 2016年01月, [査読有り], [招待有り], [責任著者]
    日本語, 研究論文(その他学術会議資料等)
  • Selective-area growth of InGaAs/InP/InAlAs/InP core-multishell nanowires on Si and tunneling transistor application
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Advances in Steep-Slope Tunnel FETs
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Flat transistor defies limit
    Katsuhiro Tomioka
    Nature, 526, 51, 52, 2015年10月, [査読有り], [招待有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Selective-area growth of InAs nanowires on Ge and vertical transistor application
    K. Tomioka, F. Ishizaka, T. Fukui
    Nano Letters, 15, 7253, 7257, 2015年10月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Surrounding-Gate Tunnel FET Using InAs/Si Heterojunction
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    ECS Trans., 169, 109, 118, 2015年10月, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • III-V nanowire channel on Si: From high-performance vertical FET to steep-slope devices
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    International Symposium on VLSI Technology, Systems, and Applications, Proceedings, 2015-, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2015年06月03日, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Growth of wurtzite GaP in InP/GaP core-shell nanowires by selective-area MOVPE
    Fumiya Ishizaka, Yoshihiro Hiraya, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    J. Cryst. Growth, 411, 71, 75, Elsevier, 2015年02月, [査読有り]
    英語, 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.
  • Application of free-standing InP nanowire arrays and their optical properties for resource-saving solar cells
    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]
    英語, 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.
  • InGaAs axial-junction nanowire-array solar cells
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Growth of Semiconductor Nanocrystals
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Handbook of Crystal Growth: Second Edition, 1, 749, 793, Elsevier Inc., 2014年12月24日, [査読有り]
    英語, 論文集(書籍)内論文
  • Recent progress in integration of III–V nanowire transistors on Si substrate by selective-area growth
    Tomioka, Katsuhiro, Fukui Takashi
    J. Phys. D: Appl. Phys., 47, 39, 364001, 2014年10月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • 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]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • Vertical Tunnel FETs Using III-V Nanowire/Si Heterojunctions
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    ECS Trans., 61, 81, 2014年05月, [査読有り]
  • Current increment of tunnel field-effect transistor using InGaAs nanowire/Si heterojunction by scaling of channel length
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters, 104, 7, 073507, 73507, American Institute of Physics, 2014年02月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Indium tin oxide and indium phosphide heterojunction nanowire array solar cells
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Sub 60 mV/decade Switch Using an InAs Nanowire-Si Heterojunction and Turn-on Voltage Shift with a Pulsed Doping Technique
    Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    Nano Letters, 13, 12, 5822, 5826, 2013年12月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Vertical III-V Nanowire-Channel on Si
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    ECS Transaction, 58, 7, 99, 114, 2013年10月, [査読有り], [招待有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • GaAs/InGaP Core-Multishell Nanowire-Array-Based Solar Cells
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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%.
  • Indium Phosphide Core-Shell Nanowire Array Solar Cells with Lattice-Mismatched Window Layer
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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]
    英語
  • Indium-Rich InGaP Nanowires Formed on InP (111)A Substrates by Selective-Area Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス), 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.
  • GaAs nanowire growth on polycrystalline silicon thin films using selective-area MOVPE
    Keitaro Ikejiri, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Nanotechnology, 24, 11, 115304, IOP Publishing, 2013年03月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Gate-first process and EOT-scaling of III-V nanowire-based vertical transistors on Si
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    2013 71ST ANNUAL DEVICE RESEARCH CONFERENCE (DRC), 15, +, 2013年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • III-V compound semiconductor nanowire solar cells               
    Takashi Fukui, Masatoshi Yoshimura, Eiji Nakai, Katsuhiro Tomioka
    CLEO: Science and Innovations, CLEO_SI 2013, CTh1M.3, 2013年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Integration of III-V nanowires on Si: From high-performance vertical FET to steep-slope switch
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • III-V/Si heterojunctions for steep subthreshold-slope transistor
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    2013 THIRD BERKELEY SYMPOSIUM ON ENERGY EFFICIENT ELECTRONIC SYSTEMS (E3S), 2013年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Bidirectional Growth of Indium Phosphide Nanowires
    Keitaro Ikejiri, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Nano Letters, 12, 9, 4770, 4774, 2012年09月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • A III–V nanowire channel on silicon for high-performance vertical transistors
    Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    Nature, 488, 7410, 189, 192, 2012年08月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Vibrational modes of GaAs hexagonal nanopillar arrays studied with ultrashort optical pulses
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Position-Controlled III-V Compound Semiconductor Nanowire Solar Cells by Selective-Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy
    Takashi Fukui, Masatoshi Yoshimura, Eiji Nakai, Katsuhiro Tomioka
    AMBIO, 41, 119, 124, 2012年03月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • 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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Longitudinal and transverse exciton-spin relaxation in a single InAsP quantum dot embedded inside a standing InP nanowire using photoluminescence spectroscopy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • III-V semiconductor nanowires on Si by selective-area metal-organic vapor phase epitaxy
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    NanoScience and Technology, 58, 67, 101, 2012年, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Steep-slope tunnel field-effect transistors using III-V nanowire/Si heterojunction
    Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    Digest of Technical Papers - Symposium on VLSI Technology, 47, 48, 2012年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • 半導体ナノワイヤデバイスの新展開
    冨岡克広, 福井孝志
    応用物理, 81, 1, 59, 64, 2012年01月, [査読有り]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • Influence of growth temperature on growth of InGaAs nanowires in selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Fabrication of axial and radial heterostructures for semiconductor nanowires by using selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Growth of InAs/InAlAs Core-Shell Nanowires on Si and Transistor Application
    Katsuhiro Tomioka, Tomotaka Tanaka, Takashi Fukui
    ECS Transactions, 41, 3, 61, 69, 2011年11月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Selective-area growth of III-V nanowires and their applications
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • III–V Nanowires on Si Substrate: Selective-Area Growth and Device Applications
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Zinc Blende and Wurtzite Crystal Phase Mixing and Transition in Indium Phosphide Nanowires
    Keitaro Ikejiri, Yusuke Kitauchi, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    Nano Letters, 11, 10, 4314, 4318, 2011年08月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Tunnel field-effect transistor using InAs nanowire/Si heterojunction
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui
    Applied Physics Letters, 98, 8, 083114, 2011年02月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • III-V semiconductor nanowire light emitting diodes and lasers
    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, Bentham Science Publishers Ltd., 2011年, [査読有り]
    英語, 論文集(書籍)内論文
  • Vertical In0.7Ga0.3As Nanowire Surrounding-Gate Transistors with High-k Gate Dielectric on Si Substrate
    Katsuhiro Tomioka, Masatoshi Yoshimura, Takashi Fukui
    2011 IEEE INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING (IEDM), 773, 776, 2011年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • 23pRB-6 InP/InAsP/InPナノワイヤー量子ドットの局在励起子発光の偏光状態(23pRB 励起子・ポラリトン,領域5(光物性))
    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
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • Selective-area MOVPE of GaSb on GaAs (111)-oriented substrates
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Position controlled nanowires for infrared single photon emission
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Lattice-mismatched InGaAs nanowires formed on GaAs(111)B by selective-area MOVPE
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • シリコン基板を用いた新構造発光素子の開発
    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, [招待有り]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • AlGaAs/GaAs core-multishell nanowire based light-emitting diode on Si substrate
    K. Tomioka, J. Motohisa, S. Hara, K. Hiruma, T. Fukui
    Nano Letters, 10, 5, 1639, 1644, 2010年04月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Structural Transition in Indium Phosphide Nanowires
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Growth and Characterization of InGaAs Nanowires Formed on GaAs(111)B by Selective-Area Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Vertical Surrounding Gate Transistors Using Single InAs Nanowires Grown on Si Substrates
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Selective-area MOVPE growth and optical properties of single InAsP quantum dots embedded in InP NWs
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Optical properties and application of MOVPE-grown III-V nanowires
    J. Motohisa, K. S. K. Varadwaj, K. Tomioka, T. Fukui
    2010 15TH OPTOELECTRONICS AND COMMUNICATIONS CONFERENCE (OECC), 214, +, 2010年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Fabrication of III-V semiconductor core-shell nanowires by SA-MOVPE and their device applications
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • FABRICATION OF III-V SEMICONDCTOR NANOWIRES BY SA-MOVPE AND THEIR APPLICATIONS TO PHOTONIC AND PHOTOVOLTAIC DEVICES
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Knowledge exploratory project for nanodevice design and manufacturing
    Masaharu Yoshioka, Katsuhiro Tomioka, Shinjiroh Hara, Takashi Fukui
    iiWAS2010 - 12th International Conference on Information Integration and Web-Based Applications and Services, 871, 874, ACM, 2010年, [査読有り]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Growth of Core-Shell InP Nanowires for Photovoltaic Application by Selective-Area Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Selective-area growth of vertically aligned GaAs and GaAs/AlGaAs core-shell nanowires on Si(111) substrate
    K. Tomioka, Y. Kobayashi, J. Motohisa, S. Hara, T. Fukui
    Nanotechnology, 20, 145302, 2009年
  • “Exciton Coherence in Clean Single InP/InAsP/InP Nanowire Quantum Dots Emitting in Infra-red Measured by Fourier Spectroscopy”
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Fabrication and excitation-power-density-dependent micro-photoluminescence of hexagonal nanopillars with a single InGaAs/GaAs quantum well
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Catalyst-free growth and FET application of (InGa) as nanowires
    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]
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • MOVPE選択成長法を用いたIII-V族化合物半導体ナノワイヤの形成
    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
    日本語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Control of InAs Nanowire Growth Directions on Si
    K. Tomioka, J. Motohisa, S. Hara, T. Fukui
    Nano Letters, 8, 10, 3475, 3480, 2008年
  • III-V族化合物半導体ナノワイヤにおける閃亜鉛鉱構造とウルツ鉱構造の構造相転移
    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]
    日本語, 研究論文(学術雑誌)
  • Electrical Characterizations of InGaAs Nanowire-Top-Gate Field-Effect Transistors by Selective-Area Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Growth of highly uniform InAs nanowire arrays by selective-area MOVPE
    K. Tomioka, P. Mohan, J. Noborisaka, S. Hara, J. Motohisa, T. Fukui
    Journal of Crystal Growth, 298, 644, 2007年
  • Crystallographic Structure of InAs Nanowires Studied by Transmission Electron Microscopy
    Katsuhiro TOMIOKA, Junichi MOTOHISA, Shinjiroh HARA, Takashi FUKUI
    Japanese Journal of Applied Physics, 46, 45, L1102, L1104, Japan Society of Applied Physics, 2007年
    英語, 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.
  • Selective-area growth of hexagonal nanopillars with single InGaAs/GaAs quantum, wells on GaAs(111)B substrate and their temperature-dependent photoluminescence
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Size-dependent photoluminescence of hexagonal nanopillars with single InGaAs/GaAs quantum wells fabricated by selective-area metal organic vapor phase epitaxy
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Ultraviolet emission from porous silicon photosynyhesized in aqueous alkali fluoride solutions
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Selective-area growth of the hexagonal nano-pillars with single InGaAs/GaAs quantum well and their temperature-dependence photoluminescence
    L. Yang, J. Motohisa, J. Takeda, K. Tomioka, T. Fukui
    2006 6th IEEE Conference on Nanotechnology, IEEE-NANO 2006, 2, 706, 709, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2006年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Strong and stable ultraviolet emission from porous silicon prepared by photoetching in KF solution
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Structural and photoluminescence properties of porous GaP formed by electrochemical etching
    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]
    英語, 研究論文(学術雑誌), 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.
  • Visible light emission from porous silicon prepared by photoetching in alkaline solution
    Sadao Adachi, Katsuhiro Tomioka
    Electrochemical Solid-State Letters, 8, 10, G251, G253, 2005年08月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Spectroscopic characterization of GaP surfaces treated in HCl solution
    Katsuhiro Tomioka, Sadao Adachi
    Journal of the Electrochemical Society, 152, 3, G173, G178, 2005年01月, [査読有り]
    英語, 研究論文(学術雑誌)

その他活動・業績

書籍等出版物

  • Emerging Devices for Low-Power and High-Performance Nanosystems: Physics, Novel Functions, and Data Processing               
    冨岡 克広, Chapter 2 - Several Challenges in Steep-Slope Tunnel Field-Effect Transistors
    Pan Stanford, 2018年08月, 9814800112, 450, 学術書, [分担執筆]
  • Novel Compound Semiconductor Nanowires – Materials, Devices, and Applications               
    冨岡 克広, Chapter 14 – III-V Nanowires: Transistor and photovoltaic applications
    Pan Stanford Publishing, 2017年11月, 9814745766, 53, p. 464 – 516, [分担執筆]
  • Handbook of Crystal Growth, Second Edition edited by T. Nishinaga, P. Rudolph, and T. Kuech               
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui, Chapter 4 in Volume: 2A - Growth of Semiconductor Nanocrystals
    Elsevier, 2014年12月, 9780444563699, [分担執筆]
  • ナノワイヤ最新技術の基礎と応用展開               
    冨岡克広, 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, 9784781307602, 241, 208-223, 日本語, [分担執筆]
  • Semiconductor Nanowire and Their Optical Applications               
    Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui, Chapter 3: III-V Semiconductor Nanowires on Si by Selective-Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy.
    Springer, 2012年01月, 3642224792, 英語, 学術書, [分担執筆]
  • 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, III-V Semiconductor Nanowire Light Emitting Diodes and Lasers
    Bentham Science Publisher, 2011年11月, [分担執筆]

講演・口頭発表等

  • (Invited) Vertical III-V Nanowire Transistors and Prospects               
    Katsuhiro Tomioka
    17th D2T Symposium, 2022年09月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2022年09月15日, [招待講演]
  • (Invited) Integration of III-V Nanowires on Si and their Device Applications               
    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09日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2022年03月06日, [招待講演]
  • (Invited) Integration of III-V Nanowire on Si and Their Device Application               
    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)
    2021年10月03日 - 2021年10月08日, On/Offline hybrid event, Jeju, Korea, [招待講演]
  • (Invited) Integration of III-V nanowire LEDs on Si               
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa
    The 20th International Meeting on Information Display (IMID 2020), 口頭発表(招待・特別)
    2020年08月25日 - 2020年08月28日, Online conference, Korea, [招待講演]
  • (Invited) InP-based Nanowires Towards On-demand Single Photon Emitters               
    Junichi Motohisa, Katsuhiro Tomioka
    XXth International Workshop on Physics of Semiconductor Devices (IWPSD 2019), 口頭発表(招待・特別)
    2019年12月17日 - 2019年12月19日, Kolkata, India, [招待講演]
  • “(Invited) Vertical Tunnel FET Technologies Using III-V/Si Heterojunction               
    K. Tomioka, H. Gamo, J. Motohisa
    236th ECS meeting, 2019年10月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Selective-Area Epitaxy of III-V Nanowires on Si and Their Switching Applications               
    K. Tomioka, J. Motohisa
    7th International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures (Semicon Nano 2019), 2019年09月27日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Integration of III-V nanowires on Si and their transistor applications (Plenary)               
    Katsuhiro Tomioka
    22nd International Conference on Advanced Materials, 2018年12月10日, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演], [国際会議]
  • Transistor applications using vertical III-V nanowires on Si platform               
    K. Tomioka, T. Fukui
    232nd ECS meeting, 2017年10月01日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • MOVPE選択成長法によるナノワイヤ成長とデバイス応用               
    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08日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Vertical III-V nanowires on Si and transistor applications               
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM 2017), 2017年08月01日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 半導体ナノワイヤ選択成長と電子デバイス応用               
    第9回ナノ構造エピタキシャル成長講演会, 2017年07月14日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Phase transition from Zinc Blende to Wurtzite and green-yellow emission of AlInP grown by crystal structure transfer method (Invited)               
    Takashi Fukui, Yoshihiro Hiraya, Fumiya Ishizaka, Katsuhiro Tomioka
    13th Sweden - Japan QNANO Workshop, 2017年03月23日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Selective area growth of III-V nanowires on Si and their transistor applications               
    K. Tomioka
    2016 HU-SNU Joint Workshop, 2016年11月25日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演]
  • Recent progress in vertical Si/III-V tunnel FETs: from fundamentals to current boosting technology               
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    PRiME 2016, 2016年10月02日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Advances in Steep-Slope Tunnel FETs               
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    ESSDERC 2016, 2016年09月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Selective-area growth of III-V nanowires on Si and transistor applications               
    Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Takashi Fukui
    The 8th International Conference on Low Dimensional Structures and Devices (LDSD 2016), 2016年08月30日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Heterogeneous Integration of InGaAs-Related Nanowires on Si and Their Device Applications               
    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, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Vertical transistors using III-V nanowires on Si               
    Tomioka Katsuhiro
    2015 CNU-HU Joint Workshop, Daejeon, Korea, Nov. 20th (2015)., 2015年11月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Recent progress in vertical TFET using III-V/Si heterojunction               
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fukui
    Steep Transistors Workshop, Notre Dame, USA, Oct. 5-6 (2015)., 2015年10月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Vertical Tunnel FETs Using III-V Nanowire/Si Heterojunctions               
    K. Tomioka, J. Motohisa, T. Fuku
    228th ECS Meeting, phoenix, Arizona, USA, 2015年10月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Vertical III-V nanowire transistors for future low-power switches               
    K. Tomioka, T. Fukui
    12th Sweden - Japan QNANO Workshop, Hindas, Sweden, Sep. 24-25 (2015)., 2015年09月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Heterogeneous integration of vertical III-V nanowires on Si and Ge and their applications               
    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, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Vertically Aligned Semiconductor Nanowire Array and Their Applications (Invited)               
    T. Fukui, F. Ishizaka, K. Tomioka
    Compound Semiconductor Week 2015 (CSW2015), Santa Barbara, USA, June 28 - July 2 (2015)., 2015年06月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • III-V nanowire channel on Si: From high-performance Vertical FET to steep-slope device               
    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, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    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               
    第68回応用物理学学術講演会, 2007年

担当経験のある科目_授業

  • 物理学II               
    北海道大学 全学教育
  • 量子デバイス学特論 (分担)               
    北海道大学 大学院情報科学研究科
  • 電子情報工学実験 IV ~ VI               
    北海道大学 工学部情報エレクトロニクス学科
  • 電子情報工学実験 I ~ III               
    北海道大学 工学部情報エレクトロニクス学科
  • 電気電子工学実験基礎               
    北海道大学 工学部情報エレクトロニクス学科
  • 電子デバイス工学               
    北海道大学:工学部:情報エレクトロニクス学科・専門コース2年次必修科目
  • 電気電子材料学               
    北海道大学:工学部:情報エレクトロニクス学科・電気電子工学コース3年選択必修科目
  • 情報学I               
    北海道大学全学教育

所属学協会

  • 日本結晶成長学会               
  • IEEE EDS               
  • 応用物理学会               

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               
    創発的研究支援事業
    2021年04月 - 2027年03月
    科学技術振興機構, 創発的研究支援事業, 北海道大学
  • ナノワイヤハイブリッド集積デバイスの創成
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2022年04月 - 2026年03月
    冨岡 克広, 池辺 将之, 本久 順一
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 22H00202
  • Si-Ge系ヘテロ接合ナノワイヤによる縦型ナノワイヤHEMTデバイスの開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2021年04月 - 2025年03月
    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, 基盤研究(A), 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 21H04642
  • 半導体ナノワイヤを用いたベクトル光波の発生
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2020年04月 - 2023年03月
    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, 基盤研究(B), 北海道大学, 20H02176
  • 超高速共鳴トンネルトランジスタの開発
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2019年06月 - 2022年03月
    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, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 19K21951
  • Si/III-V異種接合によるナノワイヤ縦型トンネルFET立体集積回路技術の確立
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2019年04月 - 2022年03月
    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。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02184
  • 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               
    平成30年度助成
    2018年04月 - 2021年03月
    冨岡 克広
    一般財団法人 テレコム先端技術研究支援センター, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    2017年度研究助成(基礎研究)
    2018年04月 - 2020年03月
    冨岡 克広
    公益財団法人 東電記念財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 半導体ナノワイヤによるSi基板上発光デバイスの研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2017年04月 - 2020年03月
    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。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 17H03223
  • 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               
    第34回(2016年度)一般研究助成(新材料)
    2017年04月 - 2020年03月
    冨岡 克広
    公益財団法人 矢崎科学技術振興記念財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    科学研究費助成事業(科学研究費補助金)若手研究(A)
    2016年04月 - 2019年03月
    冨岡 克広
    独立行政法人日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    第1回(2018年度)一般研究助成
    2017年10月 - 2018年10月
    冨岡 克広
    公益財団法人 サムコ科学技術振興財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 半導体ナノワイヤを用いた新型光検出器 (分担)               
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2016年04月 - 2018年03月
    本久 順一
    独立行政法人日本学術振興会, 競争的資金
  • 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               
    第34回(平成28年度)研究助成
    2016年12月 - 2017年12月
    冨岡 克広
    公益財団法人 カシオ科学振興財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    第32回(2016年度)マツダ研究助成
    2016年11月 - 2017年11月
    冨岡 克広
    公益財団法人 マツダ財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    平成28年度 研究助成(自然科学)
    2016年06月 - 2017年06月
    冨岡 克広
    公益財団法人 村田学術振興財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 化合物半導体ナノワイヤによる光デバイス応用(分担)               
    科学研究費助成事業(科学研究費補助金)基盤研究(S)
    2015年04月 - 2016年03月
    福井孝志
    独立行政法人日本学術振興会, 競争的資金
  • 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               
    個人研究推進事業:さきがけ研究21-PRESTO
    2012年10月 - 2016年03月
    冨岡克広
    JST戦略的創造研究推進制度(個人研究型), 研究代表者, 競争的資金
  • 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)
    2009年 - 2013年
    競争的資金
  • 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               
    笹川研究助成
    2009年04月 - 2010年03月
    冨岡 克広
    日本科学協会, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    研究助成
    2009年04月 - 2010年03月
    冨岡 克広
    財団法人光科学技術研究振興財団, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    特別研究員奨励費 PD
    2008年04月 - 2009年03月
    冨岡 克広
    独立行政法人日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 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               
    特別研究員奨励費 DC2
    2007年04月 - 2008年03月
    冨岡 克広
    独立行政法人日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金

産業財産権

  • マルチモードスイッチ素子               
    特許権, 蒲生 浩憲, 冨岡 克広, 北海道大学
    特願2022-48567, 2022年03月24日
  • Group III-V compound semiconductor nanowire, field effect transistor, and switching element               
    特許権, 冨岡克広, 福井孝志
    米国特許登録 US Patent 10,403,498, 2019年04月
    米国特許登録 US Patent 10,403,498
    2019年04月
  • トンネル電界効果トランジスタ               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    特願2015-193196, 2015年09月30日
  • トンネル電界トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    中華人民共和国特許登録番号ZL201080043950.2
    2015年01月07日
  • 半導体構造物の製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 本久 順一, 原 真二郎
    特許番号第5655228号
    2014年12月05日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    特許番号第5652827号
    2014年11月28日
  • 発光素子およびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    United States Patent No.8895958
    2014年11月25日
  • 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               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    台湾出願103137589, 2014年10月30日
  • 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               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    PCT出願PCT/JP2014/005463, 2014年10月29日
  • 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)               
    特許権, Takashi Fukui, Katsuhiro Tomioka, Junichi Motohisa, Shinjiroh Hara
    United States Patent No. 8816324
    2014年08月24日
  • 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               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    PCT出願PCT/JP2014/004175, 2014年08月12日
  • 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)               
    特許権, Katsuhiro Tomioka, Takashi Fukui, Tomotaka Tanaka
    United States Patent No.8698254
    2014年03月30日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
    特願2008-223713, 2008年09月01日
    特許5464458
    2014年01月31日
  • 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               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    特願2013-226675, 2013年10月31日
  • 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               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    台湾出願103127711, 2013年08月13日
  • 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               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    特願2013-168048, 2013年08月13日
  • 発光素子およびその製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 石坂 文哉, 冨岡 克広
    特願2013-138894, 2013年07月02日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
    台湾出願100106528, 2011年02月23日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
    米国出願13/581242, 2011年02月23日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
    特願2012-501804, 2011年02月23日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
    欧州出願11747358.7, 2011年02月23日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 福井 孝志, 冨岡 克広, 本久 順一, 原 真二郎
    PCT出願PCT/JP2011/053909, 2011年02月23日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    米国出願13/499333, 2010年09月29日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    韓国出願10-2012-7007578, 2010年09月29日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    特願2011-534074, 2010年09月29日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    欧州出願10820133.6, 2010年09月29日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    PCT出願PCT/JP2010/005862, 2010年09月29日
  • 発光素子およびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    米国出願13/513082, 2010年06月04日
  • 発光素子およびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    特願2011-544174, 2010年06月04日
  • 発光素子およびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志
    PCT出願 PCT/JP2010/003762, 2010年06月04日
  • 半導体装置及び半導体装置の製造方法               
    特許権, 本久 順一, 原 真二郎, 福井 孝志, 冨岡 克広
    特願2010-040019, 2010年02月25日
  • トンネル電界効果トランジスタおよびその製造方法               
    特許権, 冨岡 克広, 福井 孝志, 田中 智隆
    特願2009-273561, 2009年12月01日
  • 多孔質半導体膜の形成方法               
    特許権
    特許第4257431号