ナイトライド半導体結晶中の転位の運動特性と電子・光学物性の解明

• Project Area: Optoelectronics Frontier by Nitride Semiconductor -Ultimate Utilization of Nitride Semiconductor Material Potential-
• Project/Area Number: 21016002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 米永 一郎 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20134041)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大野 裕 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129) ; 徳本 有紀 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20546866) ; 太子 敏則 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90397307)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,000,000 (Direct Cost: ¥7,000,000); Fiscal Year 2010: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2009: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
• Keywords: ナイトライド / 格子欠陥 / ナノ材料 / 結晶工学 / 結晶成長 / 転位

Research Abstract

高機能ナイトライドの実現に向けた障害が転位欠陥であり、その発生の抑制・不活性化など材料制御技術の開発が焦眉の課題である。特に、我々は結晶成長時に他の点欠陥・不純物と反応していないフレッシュな転位を導入し、その転位自身の有する固有の電子・光学物性を解明することを主たる目的とする。本年度、以下の成果を得た。
(1)高温9000Cでの塑性変形によって導入されたフレッシュな転位を有するGaNについて、基底面上の転位は部分転位に拡張し、浅く非発光の電子準位を有すること、一方、柱面上の転位は拡張せず、深い発光性の準位を有する特徴を見出し、さらにそれらに基づいて化合物半導体中の転位の関する普遍的特性を明らかにした。
(2)同じく高温で塑性変形したGaN結晶について、陽電子消滅法による評価を行い、陽電子の消滅寿命が著しく増加すること、すなわち塑性変形によって高密の度空孔型点欠陥が導みされることを見出した。
(3)サファイア基板上に準備したGaNバッファ層から一定方位のGaN薄膜が優先的に成長する過程について、高分解能電子顕微鏡観察による結晶構造解析を行い、バッファ層中でc軸方位とa軸方位の結合ボンドの間でのミスボンディング機構が存在することを発見した。

Research Products

• [Journal Article] Optical properties of fresh dislocations in GaN (2011)
  • Author(s): I.Yonenaga, Y.Ohno, T.Taishi, Y.Tokumoto, H.Makino, T.Yao, Y.Kamimura, K.Edagawa
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 318 Pages: 415-417
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical current flow at conductive nanowires formed in GaN thin films by a dislocation template technique (2010)
  • Author(s): S.Amma, Y.Tokumoto, K.Edagawa, N.Shibata, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, Y.Ikuhara
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 96
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Quality p-Type ZnO Films Grown by Co-Doping of N and T on Zn-Face ZnO Substrates (2010)
  • Author(s): S.Park, T.Minegishi, D.Oh, H Lee, T.Taishi, J.Park, M.Jung, J.Chang, I.Im, J.Ha, S.Hong, I.Yonenaga, T.Chikyow, T.Yao
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of the crystallinity of N and Te codoped Zn-polar ZnO films grown by plasma-assisted molecular-beam epitaxy (2010)
  • Author(s): S.H.Park, T.Minegishi, H.J.Lee, J.S.Park, I.H.Im, T.Yao, D.C.Oh, T.Taishi, I.Yonenaga, J.H.Chang
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic structure of threading dislocations in AlN thin films (2009)
  • Author(s): Y.Tokumoto, N.Shibata, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, Y.Ikuhara
  • Journal Title: Physica B 404 Pages: 4886-4888
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent knowledge on strength and dislocation mobility in wide bandgap semiconductors (2009)
  • Author(s): I.Yonenaga, Y.Ohno, T.Taishi, Y.Tokumoto
  • Journal Title: Physica B 404 Pages: 4999-5001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of electrically conductive nanowires using high-density dislocations in AlN thin films (2009)
  • Author(s): Y.Tokumoto, S.Amma, N.Shibata, T.Mizoguchi, K.Edagawa, Y.Ikuhara
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conduction along dislocations in plastically deformed GaN (2009)
  • Author(s): Y.Kamimura, T.Yokoyama, H.Oiwa, K.Edagawa, I.Yonenaga
  • Journal Title: IOP Conference Series, Materials Sciencee and Engineering 3
• [Journal Article] Investigation on the ZnO:N films grown on(0001)and(0001)ZnO templates by plasma-assilted molecular beam epitaxy (2009)
  • Author(s): S.H.Park, J.H.Chang, T.Minegishi, J.S.Park, I.H.Im, M.Ito, T.Taishi, S.K.Hong, D.C.Oh, M.W.Cho, T.Yao
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth 311 Pages: 2167-2171
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低温堆積GaNバッファ層の結晶化初期段階における成長方位の変化 (2011)
  • Author(s): 徳本有紀、李賢宰、大野裕、八百隆文、米永一郎
  • Organizer: 日本物理学会2011春
  • Place of Presentation: 新潟大学(新潟市)
• [Presentation] ZnO中のプリズム面上転位の光学特性 (2011)
  • Author(s): 大野裕、藤井克司、八百隆文、米永一郎
  • Organizer: 日本物理学会2011春
  • Place of Presentation: 新潟大学(新潟市)
• [Presentation] The susceptibility of optical properties of GaN and ZnO to fresh dislocations (2010)
  • Author(s): I.Yonenaga
  • Organizer: 13th International Conference on Extended defects in Semiconductors
  • Place of Presentation: Brighton(イギリス)
• [Presentation] Energy levels of dislocations in h-GaN and h-ZnO (2010)
  • Author(s): Y.Ohno, Y.Tokumoto, I.Yonenaga
  • Organizer: 13th International Conference on Extended defects in Semiconductors
  • Place of Presentation: Brighton(イギリス)
• [Presentation] Optical properties of fresh dislocations in GaN and ZnO (2010)
  • Author(s): I.Yonenaga, Y.Ohno, T.Taishi, Y.Tokumoto, Y.Kamimura, K.Edagawa
  • Organizer: The 16th International Conference on Crystal Growth (ICCG-16)
  • Place of Presentation: Beijinh(中国)
• [Presentation] ワイドギャップ半導体の転位の運動特性と光学特性について (2009)
  • Author(s): 米永一郎、大野裕、太子敏則、徳本有紀
  • Organizer: 日本学術振興会ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会・研究会
  • Place of Presentation: 主婦会館プラザエフ(東京都)
  • Year and Date: 2009-10-02
• [Presentation] Dislocations in wide band gap semiconductors (2009)
  • Author(s): 米永一郎, 大野裕, 太子敏則, 徳本有紀
  • Organizer: 28th Electronic Materials Symposium
  • Place of Presentation: ラフォーレ琵琶湖(滋賀県)
• [Presentation] Strength and dislocation mobility in wide bandgap semiconductors (2009)
  • Author(s): 米永一郎, 大野裕, 太子敏則, 徳本有紀
  • Organizer: 25th International Conference on Defects in Semiconductors
  • Place of Presentation: Ioffe Institute(ロシア)
• [Presentation] Effects of dislocations on optical properties of wide bandgap GaN and ZnO (2009)
  • Author(s): 米永一郎, 大野裕, 太子敏則, 徳本有紀
  • Organizer: 25th International Conference on Defects in Semiconductors
  • Place of Presentation: Ioffe Institute(ロシア)
• [Presentation] Atomic structure of threading dislocations in AlN thin films (2009)
  • Author(s): Y.Tokumoto, N.Shibata, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, Y.Ikuhara
  • Organizer: 25th International Conference on Defects in Semiconductors
  • Place of Presentation: Ioffe Institute(ロシア)
• [Presentation] In-situ analysis of optical properties of nanostructures in TEM (2009)
  • Author(s): 大野裕
  • Organizer: The 20th Frontiers of Electron Microscopy in Materials Science
  • Place of Presentation: Huis Ten Bosch(長崎県)