2020 Fiscal Year Research-status Report
ワイドバンドギャップ半導体結晶の加工導入欠陥構造・導入メカニズムの解明
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20K05176
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
石川 由加里 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主席研究員 (60416196)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅原 義弘 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (70466291)
姚 永昭 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (80523935)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | GaN / 多光子励起顕微鏡 / STEM / TEM / ビッカース / らせん転位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
市販HVPE-GaN（0001）結晶に荷重を変えたビッカース圧痕を形成したモデル試料を多光子励起顕微鏡で観察し、導入転位の3次元構造を把握した上で、最も深くまで伸びる転位のバーガースベクトルを決定した。転位のZ方向の伸展深さとビッカース圧痕の対角長さ(d1)の相関を調べ転位の伸展深さを推定する計算式を得た。また、ビッカース圧痕形成時の荷重によらず導入される転位構造が相似であることを確認した。
ビッカース圧痕周辺に形成される転位によって構成されるパタンは表面から<11-20>に平行に伸びた転位線の集合体であるrosette pattern、＜11-20>に平行に伸びた2本の転位線とその二つをつなぐループ転位からなる6方向に伸びた花弁状転位の集合体からなるflower pattern、ビッカース圧痕直下にピラミダル面上に伸びた転位の集合体からなる三角状領域の3種類があることを平面および断面多光子励起顕微鏡観察で確認した。また、本構造は荷重に関係なく維持されることを多光子励起顕微鏡で確認した。本年度は三角状領域内の転位をTEM, STEM断面観察で解析し、<-12-13>{1-212}らせん転位であることを証明した。TEM, STEM断面観察結果から転位の伸展深さはd1に比例し、比例係数が1であることを確認した。この結果を使うと加工変質層厚がスクラッチ幅から推定可能となる。他に発生した<-12-13>{1-212}転位の密度は荷重によらず一定であることを確認し、圧入時に印加されたエネルギーと転位エネルギーがつりあうまで転位が進展すると仮定すると転位の伸展長さが説明できた。
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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
本研究においては3年間で項目１～４を完了する計画となっている。
R2年度は、項目１のうち欠陥の3次元構造を同定し、導入された3種類の転位のうち1種類のバーガースベクトルの同定が終了しており実施予定の50%が完了した。項目２では欠陥の3次元構造と荷重の相関を明らかにし全体の100%が完了した。項目３では欠陥の深さ方向広がりと荷重の相関を明らかにしたので実施予定の50%を実施しており、ほぼ計画通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
R3年度は項目１では導入された転位のうち2種類のバーガースベクトルの同定と歪分布の測定、項目３では欠陥の面内広がりと荷重の相関を調べ、項目１,３をすべて完了させる。また、項目４のin-situ測定へ向けた備実験を行う計画である。
R4年度は項目４を実施して本研究目標を達成する予定である。
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| Causes of Carryover |
予定した対物レンズの仕様決定に必要なデータ蓄積が出来なかったため。
次年度に繰り越した対物レンズを購入する。
コロナ禍により予定した出張がすべて取りやめになった。
その場観察装置の仕様を見直しより精度の高い観察ができるものにし購入する。
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| Remarks |
公益社団法人日本セラミックス協会 学術写真賞特別賞
ビッカース圧入で発生したGaN結晶中の転位3次元構造観察
石川由加里, 小川秋水, 佐藤功二, 菅原義弘, 横江大作, 姚永昭
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