Theoretical study of energy conversion around structural singularities

• Project Area: Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity
• Project/Area Number: 17H05339
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Wakayama University
• Principal Investigator: 小田 将人 和歌山大学, システム工学部, 講師 (70452539)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 特異構造 / GaN / 第一原理計算 / 電子格子相互作用 / 欠陥反応 / GaN結晶 / 空孔欠陥 / 半導体物性 / 格子振動 / 欠陥

Outline of Annual Research Achievements

窒化物半導体を用いた発光デバイスにおいて、非発光領域の成長によって発光効率が低下する現象が問題となっている。発光効率低下によるデバイスの劣化を抑え、素子寿命を担保するためには非発光領域成長機構の解明が不可欠である。非発光領域は点欠陥が欠陥反応により集合することで成長すると考えられているが、欠陥反応の機構は現在までほとんど未解明である。欠陥反応は特異構造を介した電子系-フォノン系間のエネルギー転換が原因で起こる。先行研究では、簡単な配位座標モデルを用いた欠陥反応シミュレーションによって、エネルギー転換が起り得る条件が示されたが、モデルが一般的であったため、具体的な材料において現実に条件が満たされるか否かを明らかにする必要がある。本研究では最も基本的な特異構造である欠陥を対象に、そこでの電子系とフォノン系の間のエネルギー転換機構の理論的解明を行うことを目的としている。具体的には、窒化物の典型的な特異構造を対象に、電子状態とフォノン構造を第一原理計算によって求める。定量的に算出される各種物性値を基に、特異構造を介して電子系から格子系へのエネルギー転換が起こるダイナミクスを理論的に明らかにする。
当年度は、本研究を通して注目しているGaN中のGa空孔(VGa)にに対して、荷電状態における電子状態及び振動状態の解析を行った。前年度の結果と合わせて、VGaは欠陥反応につながるフォノンキック機構を引き起こす条件を、中性状態・荷電状態で共に満たしていることを示した。これらの結果により、VGa周りで起こる欠陥反応のミクロな機構が明らかになった。欠陥反応によって、VGaからNGa- VNの複合欠陥へと特異構造が変形することをあきらかにした。成果をまとめ、原著論文を3報発表した。また、学会発表として、招待講演1件、国際会議での発表6件、国内学会での発表3件をおこなった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University College London(United Kingdom)
• [Journal Article] Electronic structures of a cerasome surface model (2019)
  • Author(s): Masato Oda
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 印刷中 Issue: SI Pages: SIID04-SIID04
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab1b61
  • NAID: 210000156459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of the electron-phonon interactions around Ga vacancies in GaN and their role in the first stage of defect reactions (2019)
  • Author(s): Masato Oda
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 印刷中 Issue: SC Pages: SCCC16-SCCC16
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab07a7
  • NAID: 210000155984
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic structure of (ZnO)1?x (InN) x alloys calculated by interacting quasi-band theory (2019)
  • Author(s): Furuki Ryota、Oda Masato、Shinozuka Yuzo
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 58 Issue: 2 Pages: 0210021-8
  • DOI: 10.7567/1347-4065/aaf56f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First-principles calculation of electron-phonon coupling at a Ga (2017)
  • Author(s): T. Tsujio, M. Oda, and Y. Shinozuka
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Issue: 9 Pages: 091001-091001
  • DOI: 10.7567/jjap.56.091001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] GaN中のGa欠陥移動の機構 (2018)
  • Author(s): 小田将人
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] AlN/InN半導体調香師のフォノンモード解析 (2018)
  • Author(s): 居平吉弘、小田将人
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Electronic structure of (ZnO)1-x(InN)x alloys calculated using IQB theory (2018)
  • Author(s): Ryota Furuki, Masato Oda, and Yuzo Shinozuka
  • Organizer: Compound Semiconductor Week 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] (ZnO)1-x(InN)x混晶半導体の電子状態の理論 (2018)
  • Author(s): 古木凌太、小田将人、篠塚雄三
  • Organizer: ワイドギャップ半導体光・電子デバイス162委員会第110回研究会・特別公開シンポジウム
• [Presentation] Migration Energy of a N Atom around Ga Vacancy in GaN (2018)
  • Author(s): Masato Oda
  • Organizer: International Symposium on Growth of III-Nitrides 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic Structures of a Cerasome Surface Model (2018)
  • Author(s): Masato Oda
  • Organizer: AiMES2018 ECS and SMEQ Joint International Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子格子相互作用を介した欠陥反応機構 (2018)
  • Author(s): 小田将人
  • Organizer: NIMSナノシミュレーションワークショップ
  • Invited
• [Presentation] Stable Surface Structures of a Cerasome Model (2018)
  • Author(s): Masato Oda
  • Organizer: Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phonon modes Analysis of AlN/InN Superlattice (2018)
  • Author(s): Ihira Yoshihiro and Masato Oda
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic Structures of a NGa-VN complex defect in GaN (2018)
  • Author(s): Masato Oda
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] (ZnO)x(InN)1-x混晶半導体の電子状態の理論 (2018)
  • Author(s): 古木 凌太、小田 将人、篠塚 雄三
  • Organizer: 応用物理学会2018年春季学術講演会
• [Presentation] Electron-phonon coupling at a Ga vacancy in GaN (2017)
  • Author(s): T. Takeshi, M. Oda, and Y. Shinozuka
  • Organizer: 9th International Conference on Materials for Advanced Technologies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] First-principles Calculation of Electronic States of Ga2O3 Modulated by Oxygen Vacancies (2017)
  • Author(s): Y. Nakano, M. Oda, and Y. Shinozuka
  • Organizer: 29th International Conference of Deftcts in Semiconductors
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 物性理論研究室 研究成果
  • URL: http://www.wakayama-u.ac.jp/~moda/lists