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Fundamental Study on Cubic Diamond Heteroepitaxial Growth on Trigonal Sapphire Substrate

Research Project

Project/Area Number 19H02616
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 30010:Crystal engineering-related
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

Kasu Makoto  佐賀大学, 理工学部, 教授 (50393731)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 和敏  佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (30332183)
大石 敏之  佐賀大学, 理工学部, 教授 (40393491)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywordsダイヤモンド / ヘテロエピタキシャル成長 / パワー半導体 / パワー半導体デバイス / シンクロトロン光 / 転位 / ワイドギャップ半導体 / 結晶成長機構 / 成長機構
Outline of Research at the Start

本研究では、ヘテロエピの結晶性に重要なサファイア結晶表面上およびIrバッファ層面上のダイヤヘテロエピの成長初期過程、すなわち炭素原子の表面拡散、核生成・合体の過程、層成長過程をシンクロトロンX線トポグラフィーやAFM、X線回折などで明らかにする。また層成長過程でのモザイクの配向性の向上、転位発生・消滅の機構、デバイス特性に関連のあるキャリア移動度への影響も明らかにする。またサファイア基板の様々な面方位によるダイヤヘテロエピ膜の面方位制御、オフ基板によるステップフロー成長も試みる。最後に大口径サファイア基板を用いたインチサイズのダイヤヘテロエピを試みる。

Outline of Final Research Achievements

Diamond heteroepitaxial growth on sapphire was investigated by X-ray diffraction and TEM observation, in comparison with MgO substrate. We determined the epitaxial relation as sapphire (11-20)[1-100]// Ir(001)[110]// Diamond(001)[110] and MgO(001)[110]// Ir(001)[110]// Diamond(001)[110]. In the case of sapphire substrate, Ir buffer layer was relaxed, and diamond layer has tensile strain.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた知見により、これまで4ミリ角でしかなかったダイヤ結晶を、2インチ径まで大口径化できるようになった。さらに、その上に作製したダイヤモンドパワー半導体デバイスは、345MW/cm2の極めて高い出力電力を制御できることを示した。このダイヤモンドパワー半導体デバイスは、近い将来、電気自動車や電車などで使われ、従来よりも格段にエネルギー効率を上げることができる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (94 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (17 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 17 results) Presentation (75 results) (of which Int'l Joint Research: 28 results,  Invited: 14 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Probe-induced surface defects: Origin of leakage current in halide vapor-phase epitaxial (001) β-Ga2O3 Schottky barrier diodes2022

    • Author(s)
      Sayleap Sdoeung, Kohei Sasaki, Katsumi Kawasaki, Jun Hirabayashi, Akito Kuramata, and Makoto Kasu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 120 Issue: 9 Pages: 092101-092101

    • DOI

      10.1063/5.0085057

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  • [Journal Article] Line-shaped defects: Origin of leakage current in halide vapor-phase epitaxial (001) β-Ga2O3 Schottky barrier diodes2022

    • Author(s)
      Sayleap Sdoeung, Kohei Sasaki, Katsumi Kawasaki, Jun Hirabayashi, Akito Kuramata, Toshiyuki Oishi, and Makoto Kasu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 120 Issue: 12 Pages: 122107-122107

    • DOI

      10.1063/5.0088284

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    • Author(s)
      Makoto Kasu, Niloy Chandra Saha, Toshiyuki Oishi, and Seong-Woo Kim
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 14 Issue: 5 Pages: 051004-051004

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abf445

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  • [Journal Article] Stacking faults: Origin of leakage current in halide vapor phase epitaxial (001) β-Ga2O3 Schottky barrier diodes2021

    • Author(s)
      Sayleap Sdoeung, Kohei Sasaki, Satoshi Masuya, Katsumi Kawasaki, Jun Hirabayashi, Akito Kuramata, and Makoto Kasu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 118 Issue: 17 Pages: 172106-172106

    • DOI

      10.1063/5.0049761

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    • Author(s)
      Niloy Chandra Saha, Seong-Woo Kim, Toshiyuki Oishi, Yuki Kawamata, Koji Koyama, and Makoto Kasu
    • Journal Title

      IEEE Electron Device Letters

      Volume: 42 Issue: 6 Pages: 903-906

    • DOI

      10.1109/led.2021.3075687

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      Jianbo Liang, Ayaka Kobayashi, Yasuo Shimizu, Yutaka Ohno, Seong-Woo Kim, Koji Koyama, Makoto Kasu, Yasuyoshi Nagai, and Naoteru Shigekawa
    • Journal Title

      Adavanced Materials

      Volume: 33 Issue: 43 Pages: 2104564

    • DOI

      10.1002/adma.202104564

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019594

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    • Author(s)
      Seong-Woo Kim, Ryota Takaya, Shintaro Hirano, and Makoto Kasu
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Issue: 11 Pages: 115501-115501

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac28e7

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      Jianbo Liang, Yuji Nakamura, Tianzhuo Zhan, Yutaka Ohno, Yasuo Shimizu, Kazu Katayama, Takanobu Watanabe, Hideto Yoshida, Yasuyoshi Nagai, Hongxing Wang, Makoto Kasu, Naoteru Shigekawa
    • Journal Title

      Diamond & Related Materials

      Volume: 111 Pages: 108207

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.108207

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019805

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    • Author(s)
      Sayleap Sdoeung, Kohei Sasaki, Katsumi Kawasaki, Jun Hirabayashi, Akito Kuramata, Makoto Kasu
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Issue: 3 Pages: 036502-036502

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abde74

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  • [Journal Article] 145-MW/cm2 Heteroepitaxial Diamond MOSFETs With NO2 p-Type Doping and an Al2O3 Passivation Layer2020

    • Author(s)
      Niloy Chandra Saha, Toshiyuki Oishi, Seongwoo Kim, Yuki Kawamata, Koji Koyama, Makoto Kasu
    • Journal Title

      IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS

      Volume: 41 Issue: 7 Pages: 1066-1066

    • DOI

      10.1109/led.2020.2997897

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    • Author(s)
      Sayleap Sdoeung , Kohei Sasaki , Katsumi Kawasaki, Jun Hirabayashi, Akito Kuramata, Toshiyuki Oishi , Makoto Kasu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 117 Issue: 2 Pages: 022106-022106

    • DOI

      10.1063/5.0012794

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  • [Journal Article] Observation of nitrogen species at Al2O3/NO2/H-diamond interfaces by synchrotron radiation x-ray photoemission spectroscopy2020

    • Author(s)
      Niloy Chandra Saha, Kazutoshi Takahashi, Masaki Imamura, Makoto Kasu,
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 128 Issue: 13 Pages: 135702-135702

    • DOI

      10.1063/5.0024040

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  • [Journal Article] Growth of high-quality one-inch freestanding heteroepitaxial (001) diamond on (11-20) sapphire substrate2020

    • Author(s)
      Seong-Woo Kim, Yuki Kawamata, Ryota Takaya, Koji. Koyama, Makoto Kasu
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 117 Issue: 20 Pages: 202102-202102

    • DOI

      10.1063/5.0024070

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  • [Journal Article] Fabrication of diamond/Cu direct bonding interface for power device applications2020

    • Author(s)
      S. Kanda, Y. Shimizu, Y. Ohno, K. Shirasaki, Y. Nagai, M. Kasu, N. Shigekawa, and J. Liang
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: SB Pages: SBBB03-SBBB03

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab4f19

    • NAID

      210000157393

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      J. Liang, Y. Ohno, Y. Yamashita, Y. Shimizu, S. Kanda, N. Kamiuchi, S-W Kim, K. Koyama, Y. Nagai, M. Kasu, and N. Shigekawa
    • Journal Title

      Appl. Nano Materials

      Volume: 3 Issue: 3 Pages: 2455-2462

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b02558

    • NAID

      120007002299

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019587

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      S. Masuya, K. Sasaki, A. Kuramata, S. Yamakoshi, O. Ueda, and M. Kasu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: 5 Pages: 055501-055501

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0dba

    • NAID

      210000155651

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      嘉数 誠、桝谷聡士
    • Journal Title

      放射光学会

      Volume: 32 Pages: 285-291

    • NAID

      40022119154

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      嘉数 誠
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      Makoto Kasu and Niloy Chandra Saha
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      Sayleap Sdoeung, Kohei Sasaki, Katsumi Kawasaki, Jun Hirabayashi, Akito Kuramata, and Makoto Kasu
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      1st International Workshop on Diamond Devices, Saga, Feb 21-22, 2022.
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      Chaman Islam, Sayleap Sdoeung, and Makoto Kasu
    • Organizer
      1st International Workshop on Diamond Devices, Saga, Feb 21-22, 2022
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      R. Takaya, S-W. Kim, M. Kasu
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      1st International Workshop on Diamond Devices, Saga, Feb 21-22, 2022
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    • Organizer
      1st International Workshop on Diamond Devices, Saga, Feb 21-22, 2022
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      ニロイ チャンドラ サハ, 金 聖祐, 大石敏之, 嘉数 誠
    • Organizer
      2022年秋季応用物理学会、相模原、22p-E302-9、2022年3月22-26日
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      ニロイ チャンドラ サハ , 金 聖祐, 大石敏之 , 嘉数 誠
    • Organizer
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      金 聖祐,高谷 亮太 , 平野 慎太郎, 川又 友喜, 小山 浩司, 嘉数 誠
    • Organizer
      2022年秋季応用物理学会、相模原、25a-E204-9、2022年3月22-26日
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      スダーン セイリープ、シャーマン イスラム, 桝谷聡士, 佐々木公平, 川崎克己, 平林潤, 倉又朗人, 嘉数 誠
    • Organizer
      2022年秋季応用物理学会、相模原、25p-E202-10、2022年3月22-26日
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      ムヒドゥル イスラム チャマン , スダーン セイリープ ,嘉数 誠
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      2022年秋季応用物理学会、相模原、26p-E202-13、2022年3月22-26日
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      ムヒドゥル イスラム チャマン, 干川圭吾 , スダーン セイリープ , 嘉数 誠
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      2022年秋季応用物理学会、相模原、26p-E202-14、2022年3月22-26日
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      嘉数 誠
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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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