2019 Fiscal Year Annual Research Report
Computational materials design for hetero-bond manipulation
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06418
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
伊藤 智徳 三重大学, 工学研究科, 招へい教授 (80314136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 亨 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40362363)
河村 貴宏 三重大学, 工学研究科, 助教 (80581511)
寒川 義裕 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90327320)
正直 花奈子 三重大学, 工学研究科, 助教 (60779734)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 計算科学 / 特異構造 / 窒化物半導体 / ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、これまでに開発したさまざまな計算手法を組み合わせることで、各種成長手法(MBE成長やMOVPE成長)との対応を念頭に、「表面、界面を”場”とする特異構造創成の理論的検討」へと研究を展開した。概要を以下に示す。
（１）複合ファセットにおける吸着・脱離およびマイグレーションの挙動を検討することで、成長条件に依存してGaNナノワイヤ（１次元特異構造）における成長が促進される領域が変化することを見出した。この知見に基づいて、GaNナノワイヤ形状の実験結果が、複合ファセットにおける吸着・脱離の挙動に起因することを明らかにした。
（２）GaN(0001)表面における表面ステップでの吸着・脱離に挙動のキャリアガス依存性を検討し、GaN(0001)表面でのキャリアガス依存した表面モルフォロジーの変化が、ステップ端でのマイグレーション障壁の非対称性(シュエーベル障壁)に起因することを明らかにした。
（３）窒化物半導体の気相成長表面における気―固擬平衡を想定した物理モデル構築を行い、不純物原子（0次元特異構造）の混入機構の解析を行った。第一原理計算により複数の表面再構成ユニットのトータルエネルギー計算を行い、新たに配列エントロピーを考慮してそれぞれのユニットの存在確率を求めることで、構成原子および不純物原子の表面被覆率を予測することに成功した。また、これまでの物理モデルではガス分子の並進・振動・回転エントロピーは考慮していたが、表面および固相の原子の振動エントロピーを考慮していなかったため予測精度に問題があった。今年度はその課題を解決した。
（４）第一原理計算を用いてAlxIn1-xN/ AlyIn1-yN超格子構造（異なる組成のAlInN混晶層で構成された超格子構造）のバンドギャップ解析を行い，混晶超格子構造にすることでバンドギャップをより細かく制御できることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画に沿って、これまで開発した新規計算手法の特異構造への具体的適用を進めて成果を得るとともに、実験グループならびに海外研究機関との共同研究への展開も含めて着実に実施している。 さらに、これら各種計算手法を組み合わせることで、ステップを含めた表面、界面、ナノ構造における特異構造創成に向けた成果も得ている。これらの成果は、6件の招待講演として国内外開催の学会発表を行っており、進捗状況はおおむね順調と判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで特異構造創成指針確立に向けた計算手法開発、そのGaN系を中心とした特異構造への適用を着実に進めてきた。今後は、対象材料をGaNのみならずAlGaN、InGaN等の混晶系に拡張するとともに、様々な面方位あるいは表面ステップをも考慮した「表面、界面、ナノ構造における特異構造創成指針の検討」へと動力学計算も含めた展開を図る予定である。特に、0次元特異構造としての量子ドット形成の検討においては、窒化物半導体のみならず半導体全般を対象とする、より普遍的な特異構造創成因子の抽出を行い、系統的かつ包括的な特異構造創成指針の確立を図る。
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[Presentation] Electronic Properties of GaN Nanopipe Threading Dislocation with m-plane Surface2019
Author(s)
Takashi Nakano, Kenta Chokawa, Masaaki Araidai, Kenji Shiraishi, Atsushi Oshiyama, Shigeyoshi Usami, Akira Kusaba, Yoshihiro Kangawa, Atsushi Tanaka, Yoshio Honda, Hiroshi Amano
Organizer
13th International Conference on Nitride Semiconductors
Int'l Joint Research
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[Presentation] Study of the origins of carbon impurities on GaN MOVPE from a gas phase reaction perspective2019
Author(s)
Yuto Okawachi, Kenta Chokawa, Masaaki Araidai, Akira Kusaba, Yoshihiro Kangawa, Koichi Kakimoto, Sheng Yo, Yoshio Honda, Shugo Nitta, Hiroshi Amano, Kenji Shiraishi
Organizer
19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
Int'l Joint Research
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