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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Study of trapping/scattering dynamics of carriers in crystal singularity by means of positron annihilation

Planned Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 16H06424
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

上殿 明良  筑波大学, 数理物質系, 教授 (20213374)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大島 永康  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (00391889)
角谷 正友  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (20293607)
石橋 章司  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (30356448)
奥村 宏典  筑波大学, 数理物質系, 助教 (80756750)
Project Period (FY) 2016-06-30 – 2021-03-31
Keywords結晶 / 点欠陥 / 空孔型欠陥 / 陽電子消滅 / 陽電子消滅シミュレーション / 光熱偏向分光法
Outline of Annual Research Achievements

窒素極性面AlNを低温で成長した場合、意図せず混入したSi濃度が少なく、リーク電流を低減できることが分かった。低温AlN緩衝層上に成長したSi添加窒素極性面AlN層の電気特性を調べたところ、電気伝導性が得られた。さらに、AlGaN層を用いて分極効果を利用することで、100 mA/mmを超えるトランジスタ動作に成功した。
InGaN薄膜のalloy scatteringの指標として光熱偏向分光法で評価したUrbach energy値が最もよいInGaNとAlGaNとのヘテロ接合界面でシュブニコフドハース振動が観測される程高移動度なInGaN薄膜を実現することができた。また、InGaN薄膜の成長様式をステップフローにすることによって、0.5 μmで室温の発光寿命(キャリアの拡散長)を0.5 nsec(通常<0.1 nsec)まで伸ばすことができた。
開発した垂直型輝度増強システムを用いて、陽電子ビームを径10mm強から0.24mmにまで集束することに成功した。ビームの加速電圧によって軌道が変化しない加速官の開発を行ったことで、試料上の任意の固定位置で、任意の深さに、陽電子を打ち込むことが可能となった。この技術を使い、微小試料の陽電子寿命の深さ分布を測定することで、材料中の微小空隙を介する原子/分子の拡散のようすを解析することに成功した。
AlNについて、かなりの量の水素が導入されていると考えられる試料、カソードルミネッセンス測定で窒素位置置換の炭素に起因する強いピークが観測された試料、大量のInを含む試料、などで実験が行われたことを受けて、Al空孔に水素が侵入した欠陥、Al空孔と窒素位置置換の炭素の複合欠陥、Inと窒素空孔クラスタの複合欠陥、などの空孔型欠陥における陽電子状態・消滅パラメータの理論計算を実行し、実験結果と比較することで欠陥種の同定に寄与した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (39 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 13 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] TUM/UniBwM(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      TUM/UniBwM
  • [Int'l Joint Research] IMEC(ベルギー)

    • Country Name
      BELGIUM
    • Counterpart Institution
      IMEC
  • [Int'l Joint Research] UNIPRESS(ポーランド)

    • Country Name
      POLAND
    • Counterpart Institution
      UNIPRESS
  • [Int'l Joint Research] Wuhan Univ.(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Wuhan Univ.
  • [Int'l Joint Research] MIT(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      MIT
  • [Journal Article] 陽電子ビームによる大気環境下での機能性薄膜評価2021

    • Author(s)
      大島永康
    • Journal Title

      計測と制御 計測自動制御学会

      Volume: 60 Pages: 187~191

    • DOI

      10.11499/sicejl.60.187

  • [Journal Article] Low-temperature annealing behavior of defects in Mg-ion-implanted GaN studied using MOS diodes and monoenergetic positron beam2020

    • Author(s)
      Akazawa Masamichi、Kamoshida Ryo、Murai Shunta、Kachi Tetsu、Uedono Akira
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Pages: 016502~016502

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abcf08

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic Observation and Theoretical Analysis of Initial O2 Molecule Adsorption on Polar and m-Plane Surfaces of GaN2020

    • Author(s)
      Sumiya Masatomo、Sumita Masato、Asai Yuya、Tamura Ryo、Uedono Akira、Yoshigoe Akitaka
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 124 Pages: 25282~25290

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c07151

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of ultra-high-pressure annealing on characteristics of vacancies in Mg-implanted GaN studied using a monoenergetic positron beam2020

    • Author(s)
      Uedono Akira、Sakurai Hideki、Narita Tetsuo、Sierakowski Kacper、Bockowski Michal、Suda Jun、Ishibashi Shoji、Chichibu Shigefusa F.、Kachi Tetsu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 17349~17349

    • DOI

      10.1038/s41598-020-74362-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Morphological characterization and mechanical behavior by dicing and thinning on direct bonded Si wafer2020

    • Author(s)
      Inoue Fumihiro、Podpod Arnita、Peng Lan、Phommahaxay Alain、Rebibis Kenneth June、Uedono Akira、Beyne Eric
    • Journal Title

      Journal of Manufacturing Processes

      Volume: 58 Pages: 811~818

    • DOI

      10.1016/j.jmapro.2020.08.050

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Annealing behaviors of vacancy-type defects in AlN deposited by radio-frequency sputtering and metalorganic vapor phase epitaxy studied using monoenergetic positron beams2020

    • Author(s)
      Uedono Akira、Shojiki Kanako、Uesugi Kenjiro、Chichibu Shigefusa F.、Ishibashi Shoji、Dickmann Marcel、Egger Werner、Hugenschmidt Christoph、Miyake Hideto
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 128 Pages: 085704~085704

    • DOI

      10.1063/5.0015225

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pore structure analysis of ionic liquid-templated porous silica using positron annihilation lifetime spectroscopy2020

    • Author(s)
      Sagara Akihiko、Yabe Hiroki、Chen X.、Vereecken Philippe M.、Uedono Akira
    • Journal Title

      Microporous and Mesoporous Materials

      Volume: 295 Pages: 109964~109964

    • DOI

      10.1016/j.micromeso.2019.109964

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Selective trapping of positrons by Ag nanolayers in a V/Ag multilayer system2020

    • Author(s)
      Qi N、Zhang X.、Chen Z. Q.、Ren F.、Zhao B.、M. Jiang M.、 Uedono A.
    • Journal Title

      AIP Adv.

      Volume: 10 Pages: 035012~035012

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnetic properties of metastable bcc phase in Fe64Ni36 alloy synthesized through polyol process2020

    • Author(s)
      Jacob G. Antilen、Sellaiyan S.、Uedono A.、Joseyphus R. Justin
    • Journal Title

      Applied Physics A

      Volume: 126 Pages: 120~120

    • DOI

      10.1007/s00339-020-3292-3

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Growth of high-quality GaN by halogen-free vapor phase epitaxy2020

    • Author(s)
      Kimura Taishi、Kataoka Keita、Uedono Akira、Amano Hiroshi、Nakamura Daisuke
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 13 Pages: 085509~085509

    • DOI

      10.35848/1882-0786/aba494

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hole capture-coefficient of intrinsic nonradiative recombination centers that commonly exist in bulk, epitaxial, and proton-irradiated ZnO2020

    • Author(s)
      Chichibu Shigefusa F.、Uedono Akira、Kojima Kazunobu、Koike Kazuto、Yano Mitsuaki、Gonda Shun-ichi、Ishibashi Shoji
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 127 Pages: 215704~215704

    • DOI

      10.1063/5.0011309

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of double-barrier β-(AlGa)2O3/Ga2O3 structure and heavily Sn-doped Ga2O3 layers using molecular-beam epitaxy2020

    • Author(s)
      Okumura Hironori
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Pages: 075503~075503

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab9a8b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of thin MOCVD-grown GaN layer on underlying AlN template2020

    • Author(s)
      Sumiya Masatomo、Fukuda Kiyotaka、Yasiro Shuhei、Honda Tohru
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 532 Pages: 125376~125376

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2019.125376

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation methodology of diffusion coefficient of guest substances associated with angstrom-scale open spaces in materials by slow positron beam2020

    • Author(s)
      Sato Kiminori、Oshima Nagayasu
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 91 Pages: 083907~083907

    • DOI

      10.1063/5.0012254

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 陽電子消滅によるスパッタ堆積AlN薄膜中の空孔型欠陥検出2021

    • Author(s)
      上殿明良,正直花奈子,上杉謙次郎,秩父重英,石橋章司,Dickmann Marcel,Egger Werner,Hugenschmidt Christoph,三宅秀人
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] AlN単結晶上にHVPE成長させたSi添加AlN基板の発光特性2021

    • Author(s)
      秩父重英,嶋紘平,小島一信,Moody B.,三田清二,Collazo R.,Sitar Z.,熊谷義直,上殿明良
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Mgイオン注入後の空孔ガイド拡散法により形成したp型GaNのルミネッセンス評価2021

    • Author(s)
      嶋紘平,田中亮,高島信也,上野勝典,江戸雅晴,小島一信,上殿明良,秩父重英
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Investigation on vacancy type defects in Fe doped SrSnO3 perovskite nanostructures by Positron annihilation spectroscopy2021

    • Author(s)
      M. Muralidharan, S. Sellaiyan, A. Uedono, K. Sivaji, M. Avinash and A. Kumari
    • Organizer
      Int. Work. Positron Study Defects
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cathodoluminescence studies of AlN epilayers grown by MOVPE on sputtered AlN templates annealed at high temperature2021

    • Author(s)
      T. Kasuya, K. Shima, K. Shojiki, K. Uesugi, K. Kojima, A. Uedono, H. Miyake, S. F. Chichibu
    • Organizer
      8th Asian Conf. Cryst. Growth and Cryst. Tech.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Vacancies in AlN deposited by radio-frequency sputtering and MOVPE studied by positron annihilation spectroscopy2021

    • Author(s)
      A. Uedono, K. Shojiki, K. Uesugi, S. F. Chichibu, S. Ishibashi, M. Dickmann, W. Egger, C. Hugenschmidt, and H. Miyake
    • Organizer
      8th Asian Conf. Cryst. Growth and Cryst. Tech.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Growth of AlxGa1-xN/InyGa1-yN hetero structure on AlN/sapphire templates2021

    • Author(s)
      M. Sumiya, Y. Takahara, A. Alghamdi, G. Andersson, A. Uedono, and Y. Imanaka
    • Organizer
      8th Asian Conf. Cryst. Growth and Cryst. Tech.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ehaviors of vacancy-type defects in Mg-implanted GaN during ultra-high-pressure annealing studied by using a monoenergetic positron beam2021

    • Author(s)
      A. Uedono, H. Sakurai, T. Narita, K. Sierakowski, M. Bockowski, J. Suda, S. Ishibashi, S. F. Chichibu, and T. Kachi
    • Organizer
      SPIE Photonics West
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interaction between hydrogen and vacancy-type defects in Mg-implanted2021

    • Author(s)
      A. Uedono, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, W. Egger, T. Koschine, C. Hugenschmidt, M. Dickmann, K. Shima, K. Kojima, S. F. Chichibu, and S. Ishibashi
    • Organizer
      Int. Work. Positron Study Defects
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 原子空孔分布分析のための陽電子マイクロプローブ2021

    • Author(s)
      大島永康
    • Organizer
      020年度計量標準総合研究センター成果発表会
  • [Presentation] AlNテンプレート上AlGaN/InxGa1-xNヘテロ構造の成長2020

    • Author(s)
      角谷正友,高原悠希,今中康貴,Alghamdi Amira,Gunther Andersson,竹端寛治,上殿明良
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 陽電子消滅によるGaN基板上に成膜したTEOS-SiO2膜の空隙の検出2020

    • Author(s)
      上殿明良,上野航,細井卓治,Egger Werner,Hugenschmidt Christoph,Dickmann Marcel,渡部平司
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高温アニールスパッタAlN上にMOVPE成長させたAlNの陰極線蛍光評価(1)2020

    • Author(s)
      嶋紘平,正直花奈子,上杉謙次郎,小島一信,上殿明良,三宅秀人,秩父重英
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高温アニールスパッタAlN上にMOVPE成長させたAlNの陰極線蛍光評価(2)2020

    • Author(s)
      粕谷拓生,嶋紘平,正直花奈子,上杉謙次郎,小島一信,上殿明良,三宅秀人,秩父重英
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] A study of vacancy-type defects in wide-gap semiconductors by means of positron annihilation spectroscopy2020

    • Author(s)
      A. Uedono, M. Dickmann, W. Egger, C. Hugenschmidt, and S. Ishibashi
    • Organizer
      MLZ User Meeting and German Neutron Scattering Conf.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 陽電子消滅法によるMgイオン注入GaNの空孔型欠陥の焼鈍特性及び欠陥によるキャリア捕獲の研究2020

    • Author(s)
      上殿明良,高島信也,江戸雅晴,上野勝典,松山秀昭,M. Dickmann,W. Egger, C. Hugenschmidt,嶋紘平,小島一信,秩父重英,石橋章司
    • Organizer
      先進パワー半導体分科会
    • Invited
  • [Presentation] 陽電子を用いた超高圧焼鈍によるイオン注入GaNの欠陥回復特性の研究2020

    • Author(s)
      上殿明良,櫻井秀樹,成田哲生,Sierakowski Kacper,Bockowski Michal,須田淳,石橋章司,嶋紘平,秩父重英,加地徹
    • Organizer
      第49回結晶成長国内会議
    • Invited
  • [Presentation] ベータ型(AlGa)2O3/Ga2O3 共鳴トンネルダイオードの作製2020

    • Author(s)
      奥村宏典
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 原子空孔分布分析のための陽電子マイクロプローブ2020

    • Author(s)
      大島永康
    • Organizer
      荷電粒子ビームの工業への応用第132委員会・第242回研究会
    • Invited
  • [Presentation] 高分子複合材料の微細構造分布を可視化する高輝度陽電子顕微鏡の開発2020

    • Author(s)
      満汐孝治、大島 永康、オローク・ブライアン
    • Organizer
      2020年度計量標準総合研究センター成果発表会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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