2018 Fiscal Year Annual Research Report
Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on singularity crystals
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06427
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / 結晶成長 / フェムト秒電子銃 / 時間空間同時分解分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
特異構造の内部や、外部との界面における局所的な発光ダイナミクスを把握するには、当該構造を狙い打ちして時間分解分光を行う必要がある。走査型電子顕微鏡にフェムト秒パルスレーザ励起光電子銃を組み込んだ時間空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)装置は、特異構造の発光イメージングやダイナミクス解析が可能である上、電子線励起のためバンドギャップの制限を受けない。B02-2班は、ワイドバンドギャップ窒化物半導体特異構造の評価を行い、光物性解明と光機能性発現のための設計指針を与える事を目的として研究を行った。
H30年度は大きく分けて４つの成果を得た。(1)評価技術進展：STRCL装置試料台にリターディング機構を装着し改良を進めた。(2)新規特異構造材料評価：m面成長AlInN混晶ナノ構造の特異な発光メカニズムを明らかにし、A01-5寒川班と共同で周期構造発生メカニズムを明らかにした。また、2次元層状半導体である六方晶BNのSTRCL評価を行った。(3)人工形成特異構造：A01-2三宅班により作製されたスパッタAlN及びAlNエピ層の評価を行った。また、マクロステップ上にエピタキシャル成長を行う事によって発生するAlGaN薄膜の組成変調と、その上に形成されるc面でなくなる量子井戸に起因するキャリア局在機構を明らかにした。さらに、Mgイオン注入されたGaNの時間分解分光を行い、アニールによる欠陥の動向をB01-2上殿班と共同で調べた。(4)次元性の制御された特異構造に関連する欠陥評価：上記Mg注入GaNに加え、無添加、Mg添加エピやGaN基板そのものにおける構造欠陥、面欠陥、線欠陥、点欠陥に関し、全方位フォトルミネッセンス(PL)やSTRCLによる評価を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は、研究実績の概要欄に記したように、交付申請書に記した実施計画はもとより、新奇特異構造材料としてm面AlInNナノ構造体や2次元層状h-BN、NiO酸化物薄膜の評価も実行できた。また、前年度から引き続き行っているAlGaN量子井戸の評価、Mg注入GaNの評価、更にはGaNの構造的な3次元、2次元、1次元及び0次元欠陥といえるボイドから点欠陥までの評価を行えている。領域内外との共同研究展開も活発に行えており、成果も論文・発表ともに発信している。
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| Strategy for Future Research Activity |
R1年度は、禁制帯幅Egの制限なく局所キャリアダイナミクスを解析できるSTRCL装置の高性能化を継続すると同時に、A01,A02,B01班から供給される試料の計測と解析を行う。具体的には、リターディング機構の問題点である高電圧印可時の像変形を無くし，低加速電圧における空間分解能向上を行う。これと並行し，A班（及びB02-2以外のB班）から提供される試料における局所発光ダイナミクス計測を行い、起きている物理現象のモデリングを行う。材料としては、Egが可視光域にあるInGaN系ナノ構造、Egが紫外線領域にあるGaN,AlGaNや2次元構造のh-BNの計測を行う．これら試料群のうちいくつかは当初予定には無かったものであり，本領域のアクティビティの高さのため他研究班からの測定依頼試料数が大幅に増加した結果増加したものである．新規分担者は主にこれらの測定を担当する。研究を阻害する課題は特にない。
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| Remarks |
プレスリリース（2019年1月30日付） 公衆衛生や生活の質的向上に寄与！～深紫外発光素子の高効率動作メカニズムを解明～（東北大・名古屋大・名城大・創光科学）日経新聞, optronics, 東北大, 名古屋大, 名城大
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[Presentation] エピタキシャル成長およびイオン注入Mg添加GaN中の非輻射再結合中心2019
Author(s)
秩父重英,嶋紘平,小島一信,高島信也,上野勝典,江戸雅晴,井口紘子,成田哲生, 片岡恵太,石橋章司,上殿明良
Organizer
応用物理学会シリコンテクノロジー分科会 接合研究委員会 研究会
Invited
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[Presentation] 深紫外AlGaN発光ダイオードの時間分解エレクトロルミネセンス分光2019
Author(s)
小島一信,吉田悠来,白岩雅輝,淡路祥成,菅野敦史,山本直克,平野光,長澤陽祐,一本松正道,秩父重英,
Organizer
2019年春季応用物理学会
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[Presentation] Carrier trapping properties of defects in Mg-implanted GaN probed by monoenergetic positron beams2018
Author(s)
A. Uedono, S. Takashima, M. Edo, K. Ueno, H. Matsuyama, W. Egger, T. Koschine, C. Hugenschmidt, M. Dickmann, K. Kojima, S. F. Chichibu, and S. Ishibashi
Organizer
The 45th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2018)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Room-temperature photoluminescence lifetime for the near-band-edge emission of epitaxial and ion-implanted Mg-doped GaN on GaN structures2018
Author(s)
S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, S. Takashima, K. Ueno, M. Edo, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, S. Ishibashi, and A. Uedono
Organizer
International Workshop on Nitride Semiconductors 2018 (IWN2018),
Int'l Joint Research
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[Presentation] Mg添加GaNエピ層及びイオン注入層のフォトルミネッセンス評価2018
Author(s)
秩父重英,嶋紘平,小島一信,高島信也,上野勝典,江戸雅晴,井口紘子,成田哲生,片岡恵太,石橋章司,上殿明良,
Organizer
応用物理学会結晶工学分科会, 第149回結晶工学分科会研究会「GaNonGaNパワーデバイスにむけて～p型GaNの結晶工学～」
Invited
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