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窒化物半導体超薄膜における構造多形の成長と物性

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 17H05343
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNational Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology

Principal Investigator

高橋 正光  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, グループリーダー(定常) (00354986)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords表面X線回折 / 分子線エピタキシー / その場測定 / 表面特異構造 / 結晶成長 / X線 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / その場放射光X線回折 / 窒化物半導体特異構造
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、III族窒化物の極薄膜領域で形成される特異な結晶構造の形成条件を確立し、エレクトロニクスへの応用を念頭に置きつつ、その可能性を追究するために不可欠な精密な構造の確定と、それに基づく基礎的物性の理論的・実験的検証をおこなうことを目的としている。実験には放射光施設SPring-8の量研機構専用ビームラインBL11XUに設置されているRFプラズマ支援窒化物分子線エピタキシー(MBE)装置とX線回折計とが組み合わされた装置を用いた。
平成30年度は、MBE成長中にGaN表面上に形成されるGa吸着層の秩序構造について詳細な解析をおこなった。表面特異構造といえる数原子程度のごく薄いGa層 が、液体のままGaN表面に対してランダムに吸着しているのか、それとも結晶である基板の影響を受けてある程度の秩序をもつのかは、成長する結晶の品質を左右しうる重要な問題である。そこで本研究では、成長中のその場表面X線回折により、表面の原子配列を定量的に決定した。平成29年度には、GaN(0001)上で、Ga 吸着層が表面垂直方向にも面内方向にも秩序をもっていることを確認していたが、今年度はさらに進んで、測定されたX線回折強度を、構造モデルに基づくシミュレーションと定量的に比較することで、Ga吸着層の三次元的な原子配列を決定した。さらに、GaN(000-1)面上のGa吸着層の構造も同様の方法で解析し、表面垂直方向にはGaN(0001)と同様に層状構造を形成するが、面内方向には秩序を持たないランダムな配列をすることを明らかにした。
本研究の結果は、面方位に依存するGaNの成長様式の違いと、成長フロントの原子レベルの構造との相関を明らかにした意義があり、高品質なGaN結晶成長に向けた重要な知見となる。表面X線回折で決定された構造は、領域内の計算科学グループと連携し、第一原理計算の結果と比較検討され、GaN(000-1)面上のGa層の吸着量などについて、Gaの理論的な予測とよく一致する結果を得た。

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。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017

All Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Presentation] X線CTR散乱測定によるN極性GaN表面のその場構造解析2019

    • Author(s)
      佐々木 拓生、高橋 正光
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Liquid-Solid Interface as Crystal Growth Front2018

    • Author(s)
      Masamitu Takahasi and Takuo Sasaki
    • Organizer
      Compound Semiconductor Week 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] GaN 表面上Ga吸着層の構造解析2018

    • Author(s)
      佐々木 拓生,岩田 卓也,高橋 正光
    • Organizer
      第10回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] GaN表面上Ga吸着層の構造解析2018

    • Author(s)
      佐々木 拓生,岩田 卓也,高橋 正光
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 窒化物半導体成長のその場X線回折測定2018

    • Author(s)
      高橋正光,佐々木拓生、山口智広
    • Organizer
      第47回結晶成長国内会議
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Structural analysis of epitaxially grown GaN surface2018

    • Author(s)
      Takuo Sasaki, Takuya Iwata and Masamitu Takahasi
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GaN表面上Ga吸着層の秩序構造2018

    • Author(s)
      佐々木 拓生、岩田 卓也、高橋 正光
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] GaN表面のX線CTR散乱測定2018

    • Author(s)
      佐々木 拓生、岩田 卓也、高橋 正光
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] In situ X-ray diffraction during epitaxial growth of AlN on SiC(0001)2017

    • Author(s)
      Masamitu Takahasi1, Takuo Sasaki, Fumitaro Ishikawa, Hidetoshi Suzuki
    • Organizer
      International Workshop on UV Materials and Devices (IWUMD 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ga-bilayer/GaN表面のX線CTR散乱測定2017

    • Author(s)
      佐々木 拓生、高橋 正光
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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