高圧高温熱処理による高品質インジウム系窒化物半導体の創製と熱電素子応用
| Project/Area Number |
21H01831
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
毛利 真一郎 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | 半導体 / 結晶成長 / 分子線エピタキシー / 窒化インジウム / TEM / 窒化物半導体 / 熱処理 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題においては、いまだp型伝導制御が実現されていない窒化インジウム（InN）に対して、平衡状態を実現する高圧高温熱処理（アニール）を施すことにより、従来の枠を超えた結晶高品質化を目指し、それをベースとしてp型伝導制御によるInNのデバイス品質結晶実現を目的とする。窒素の平衡蒸気圧が高いInNを約1GPaの加圧窒素雰囲気下で高温（約600℃）アニールし、小傾角粒界の解消による転位密度の劇的な低減効果を検証する。またMgドーピングしたInN、InGaN混晶、ヘテロ接合、ナノ構造に対する高圧高温処理の有効性についても検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、RF-MBE法を用いて作成したInN結晶を高温・高圧熱処理によって、さらなる結晶品質の改善を実現し、そのメカニズム構築とデバイス応用へ向けた基盤技術を開発することにある。課題3年目は、①RF-MBE成長DERI法を用いたInN成長時の初期成長機構の解明と②高温・高圧熱処理を施したInNの評価を行った。
①RF-MBE成長DERI法を用いたInN成長時の初期成長機構の解明
GaNテンプレート中の転位種類判別を行った結果、異常成長領域はらせん転位が起点となり、Inドロップレットが影響して形成されると考えられる。らせん転位が存在するGaNテンプレート表面には原子ステップが形成され、これに余剰Inが集まりInドロップレットが成長する。Inドロップレットが大きくなると、結晶成長に影響を与え異常成長領域が形成される。Reyesらの研究によれば、GaドロップレットによるGaAsナノ構造形成はWicking、Crystallization、Nucleationの3つのプロセスが関与する。ZhengらはInGaN結晶成長中に発生したInドロップレットがリング状に成長することを報告している。これらの知見から、Inドロップレットがらせん転位を起点として成長し、異常成長領域を形成する過程をモデル化した。
②高温・高圧熱処理を施したInNの評価
MBE結晶成長装置のプラズマ源修理により、新たな高温・高圧熱処理実験を行うことができなかったため、2年目に量子科学技術研究開発機構SPring8内にて熱処理を行ったInNサンプルの評価を引き続き進めた。TEM観察の結果、熱処理後にInN薄膜のGaNテンプレート界面からの剥離が確認されていた。観察領域においては、InN中に発生している貫通転位の融合による転位密度減少などの効果は見いだせなかった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(51 results)
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[Journal Article] Direct growth of GaN film on ScAlMgO4 substrate by radio-frequency plasma- excited molecular beam epitaxy2023
Author(s)
T. Araki, S. Kayamoto, Y. Wada, Y. Kuroda, D. Nakayama, N. Goto, M. Deura, S. Mouri, T. Fujii, T. Fukuda, Y. Shiraishi, and R. Sugie
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 16
Issue: 2
Pages: 025504-025504
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Growth of Ga2O3 Film on ScAlMgO4 Substrate by Mist-Chemical Vapor Deposition2023
Author(s)
S. Yamashita, R. Moriya, H. Takane, Y. Wada, Y. Yamafuji, J. Kikawa, M. Matsukura, T. Kojima, T. Shinohe, K. Kaneko, T. Araki
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.
Volume: 62
Issue: SF
Pages: SF1012-SF1012
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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