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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Creation of a multi-dimensional and scale singularity structure in crystals and understanding of its mechanism

Planned Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 16H06416
Research InstitutionMeijo University

Principal Investigator

上山 智  名城大学, 理工学部, 教授 (10340291)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 竹内 哲也  名城大学, 理工学部, 教授 (10583817)
岩谷 素顕  名城大学, 理工学部, 准教授 (40367735)
本田 善央  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60362274)
Project Period (FY) 2016-06-30 – 2021-03-31
KeywordsGaN / ナノワイヤ / 半導体発光材料 / LED / 半導体レーザー / 結晶成長 / ポーラス結晶
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では,本研究グループがこれまで開拓を行ってきた窒化物半導体によるマルチスケール特異構造の作製機構を理解し学問的に発展させ、さらには新機能デ バイスの創出を目指す。現在、窒化物系量子殻・ナノワイヤ結晶の作製と成長機構の理解、サブナノスケールのポーラスSiC結晶の作製と不純物レベル間の光物性評価、X線その場観 察を利用したヘテロ接合形成時の界面特異構造の形成機構解明、GaN基板内のグロースピット等、多次元かつマルチスケールの特異構造の作製と その形成メカニズ ムの解明、また光物性制御に関する研究を推進中である。現在までに、2019年度には、ナノワイヤ上に成長したGaInN系量子殻にAlGaN下地殻を挿入することによる、点欠陥のトラップと量子殻の発光効率の明確な向上の実現、p-GaN殻の形状制御、さらに量子殻への均一な電流注入を可能とするトンネル接合、n-GaN電流拡散層による埋め込み成長が可能となった。以上の結晶成長技術の進展によって、量子殻LEDにおいて電流リークのない電流―電圧特性が初めて実現できたことが大きな成果である。他方、未だp-GaN殻中のアクセプタの再不活性化により、低電圧動作が実現していないという課題が残されており、2020年度にこれを解決しなければならない。ポーラスSiCにおいては、高濃度のNおよびBをドープした蛍光SiCの陽極酸化条件を見直し、ポーラス層からの短波長発光が確認できるところまで進展が見られた。X線その場観察とGaN基板については、現在中断中で、2020年度の再開を目指している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

GaN系ナノワイヤ・量子殻の結晶成長に関する研究において、多くの結晶メカニズムへの理解、デバイス応用による性能確認が進み、高性能デバイスへの応用の可能性が見えてきた。また、ナノワイヤに関する10編の論文掲載等、多くの研究成果を挙げることができた。

Strategy for Future Research Activity

ナノワイヤ・量子殻に関しては、p-GaN殻中のアクセプタの再不活性化を抑制できる手法を見出し、低抵抗で均一な電流注入を実現する。トンネル接合・n-GaN埋め込み成長初期の最適な結晶条件(例えば極低温成長など)を再検討して、この目標を達成する予定である。ポーラスSiCに関しては、高濃度不純物を持つ蛍光SiCを用いて高効率、高演色の白色光生成を実現する。陽極酸化プロセスとパッシベーション技術の検討を行いたい。X線その晩観察は、高品質AlGaNテンプレート上低転位AlGaN層成長機構解明に応用し、初期三次元成長プロセスの理解を進める。

  • Research Products

    (28 results)

All 2020 2019

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Characterizations of GaN nanowires and GaInN/GaN multi-quantum shells grown by MOVPE2020

    • Author(s)
      N. Goto, W. Lu, H. Murakami, M. Terazawa, J. Uzuhashi, T. Ohkubo, K. Hono, S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Pages: SGGE05

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab70aa

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] MOVPE growth of n-GaN cap layer on GaInN/GaN multi-quantum shell LEDs2020

    • Author(s)
      N. Goto, N. Sone, K. Iida, W. Lu, A. Suzuki, H. Murakami, M. Terazawa, M. Ohya, S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 539 Pages: 125571

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2020.125571

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlled synthesis of nonpolar GaInN/GaN multiple-quantum-shells on GaN nanowires by metal-organic chemical vapour deposition2020

    • Author(s)
      W. Lu, N. Goto, H. Murakami, N. Sone, K. Iida, M. Terazawa, D.-P. Han, M. Iwaya, T. Tekeuchi, S. Kamiyama, I. Akasaki
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: None Pages: 145271

    • DOI

      10.1021/nl034422t

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth and Characterization of Core-Shell Structures Consisting of GaN Nanowire Core and GaInN/GaN Multi-Quantum Shell2020

    • Author(s)
      S Kamiyama, W Lu, T Takeuchi, M Iwaya, I Akasaki
    • Journal Title

      ECS Journal of Solid State Science and Technology

      Volume: 9 Pages: 015007

    • DOI

      10.1149/2.0252001JSS

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improved Uniform Current Injection into Core‐Shell‐Type GaInN Nanowire LEDs by Optimizing Growth Condition and Indium‐Tin‐Oxide Deposition2019

    • Author(s)
      N. Sone, A. Suzuki, H. Murakami, N. Goto, M. Terazawa, W. Lu , D.-P. Han, K. Iida, M. Ohya, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, I. Akasaki
    • Journal Title

      phys. Stat. sol. (a)

      Volume: None Pages: 1900715

    • DOI

      10.1002/pssa.201900715

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study on N and B Doping by Closed Sublimation Growth Using Separated Ta Crucible2019

    • Author(s)
      D Tanaka, H Kurokawa, S Kamiyama, T Takeuchi, M Iwaya, I Akasaki
    • Journal Title

      Materials Science Forum

      Volume: 963 Pages: 34-37

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.963.34

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cathodoluminescence and scanning transmission electron microscopy study of InGaN/GaN quantum wells in core-shell GaN nanowires2019

    • Author(s)
      W. Yi, J. Uzuhashi, J. Chen, T. Kimura, S. Kamiyama, T. Takeuchi, T. Ohkubo, T. Sekiguchi, K. Hono
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 12 Pages: 085003

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab2e37

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature-dependent photoluminescence properties of porous fluorescent SiC2019

    • Author(s)
      W Lu, AT Tarekegne, Y Ou, S Kamiyama, H Ou
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-019-52871-6

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of AlGaN undershell on the cathodoluminescence properties of coaxial GaInN/GaN multiple-quantum-shells nanowires2019

    • Author(s)
      W. Lu, N. Sone, N. Goto, K. Iida, A. Suzuki, D.-P. Han, M. Iwaya, T. Tekeuchi, S. Kamiyama, I. Akasaki
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 11 Pages: 18746-18757

    • DOI

      10.1039/C9NR07271C

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hybrid simulation of light extraction efficiency in multi-quantum-shell NW LED2019

    • Author(s)
      M. Terazawa, M. Ohya, K. Iida, N. Sone, A. Suzuki, K. Nokimura, M. Takebayashi, N. Goto, H. Murakami, S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Pages: SCCC17

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab06b6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ナノワイヤ径及びピッチ制御によるナノワイヤLEDの発光波長制御2020

    • Author(s)
      伊藤和真、W. Lu、曽根直樹、村上ヒデキ、後藤七美、寺澤美月、宮本義也、奥田廉士、上山智、竹内哲也、岩谷素顕、赤﨑勇
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 量子殻/トンネル接合発光デバイスの実現に向けたn-GaN埋め込み成長に関する検討2020

    • Author(s)
      宮本義也、後藤七美、曽根直樹、飯田一喜、W. Lu、村上ヒデキ、寺澤美月、伊藤和真、奥田廉士、大矢昌輝、上山智、竹内哲也、岩谷素顕、赤﨑勇
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 近接昇華法による4H-SiCのB,N高濃度コドーピングに関する検討2020

    • Author(s)
      山根耀真, 田中大稀, W. Lu, 柳井光佑, 上山智, 竹内哲也, 岩谷素顕, 赤﨑勇
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Crystal growth and optical property2020

    • Author(s)
      S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2020
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] コアシェル型ナノワイヤLEDのp-GaNシェル成長に関する検討2019

    • Author(s)
      曽根直樹、後藤七美、飯田一喜、大矢昌輝、Weifang Lu、村上ヒデキ、寺澤美月、埋橋淳, 大久保忠勝, 宝野和博, 上山智、竹内哲也、岩谷素顕、赤﨑勇
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] n-GaN電流拡散層を用いたGaInN系量子殻LEDの光学シミュレーション2019

    • Author(s)
      寺澤美月、大矢昌輝、飯田一喜、曽根直樹、鈴木敦志、後藤七美、村上ヒデキ
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高濃度のホウ素・窒素が添加された蛍光SiCにおける光学特性2019

    • Author(s)
      田中大稀,W. Lu,上山智,竹内哲也,岩谷素顕,赤﨑勇
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] GaNナノワイヤとGaInN/GaN多重量子殻のMOVPE成長と構造評価2019

    • Author(s)
      後藤七美、曽根直樹、飯田一喜、W. Lu、村上ヒデキ、寺澤美月、埋橋淳, 関口隆史, 大久保忠勝, J. Chen, W. Yi, 宝野和博、大矢昌輝、上山智、竹内哲也、岩谷素顕、赤﨑勇
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Fabrication and Characterization of Multi-Quantum-Shell light emitting diodes with Tunnel Junction2019

    • Author(s)
      H. Murakami, A. Suzuki, K. Nokimura, M. Takebayashi, N. Goto, M. Terazawa, W. Lu, N. Sone, K. Iida, M. Ohya, S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Organizer
      13th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improved Uniform Current Injection into Core-shell Type GaInN Nanowire LEDs by Optimizing Growth Condition and Indium-Tin-Oxide Deposition2019

    • Author(s)
      N. Sone, A. Suzuki, H. Murakami, K. Nokimura, Minoru Takebayashi, Nanami Goto, Mizuki Terazawa, W. Lu, K. Iida, M. Ohya, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, and I. Akasaki
    • Organizer
      13th International Conference on Nitride Semiconductors
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MOVPE growth of n-GaN cap layer on GaInN/GaN multi-quantum shell LEDs2019

    • Author(s)
      N. Goto, N. Sone, K. Iida, W. Lu, A. Suzuki, H. Murkami, M. Terazawa, S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya and I. Akasaki
    • Organizer
      The 19th International Conference on Crystal Growth and Eptaxy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Luminescent properties of coaxial InGaN/GaN multi-quantum shell with AlGaN undershell grown on GaN nanowire2019

    • Author(s)
      W. Lu, N. Goto, N. Sone K. Iida, A. Suzuki, H. Murakami, M. Terazawa, K. Nokimura, M. Tekebayashi, M. Ohya, M. Iwaya, T. Tekeuchi, S. Kamiyama, and I. Akasaki
    • Organizer
      E-MRS 2019 Fall Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crystal growth and optical property of GaInN/GaN multi-quantum shells and GaN nanowire cores by metalorganic vapor phase epitaxy2019

    • Author(s)
      S. Kamiyama, W. Lu, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Organizer
      IEEE Photonics Conference 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Optical characterization of fluorescent SiC with high boron and nitrogen concentrations2019

    • Author(s)
      D. Tanaka, W. Lu, S. Kamiyama, T. Takeuchi, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Organizer
      International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Growth and characterization of GaN nanowires and GaInN/GaN multi-quantum shells2019

    • Author(s)
      S. Kamiyama
    • Organizer
      The 5th Grobal Research Efforts on Energy and Nanomaterials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Cathodoluminescence enhancement in InGaN/GaN multiquantum shell/GaN nanowires core structure by using AlGaN undershells2019

    • Author(s)
      W. Lu, N. Goto, N. Sone, K. Iida, A. Suzuki, H. Murakami, M. Terazawa, K. Nokimura, M. Takebayashi, M. Ohya, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, I. Akasaki
    • Organizer
      The 7th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法2019

    • Inventor(s)
      上山智、竹内哲也、岩谷素顕、赤崎勇、W. Lu、他
    • Industrial Property Rights Holder
      名城大、豊田合成、小糸製作所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2019-164083
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法2019

    • Inventor(s)
      上山智、竹内哲也、岩谷素顕、赤崎勇、他
    • Industrial Property Rights Holder
      名城大、豊田合成、小糸製作所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2019-182829

URL: 

Published: 2021-01-27  

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