Investigation of defect structure and the mechanism of defect introduction in wide bandgap semiconductor crystals by processing

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05176
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: Japan Fine Ceramics Center
• Principal Investigator: Ishikawa Yukari 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, 主幹研究員 (60416196)
• 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, 主任研究員 (80523935)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: GaN / 多光子励起顕微鏡 / インデンテーション / スクラッチ / TEM / STEM

Outline of Final Research Achievements

Indentation and scratching were performed under controlling load and indenter speed on (0001) GaN single crystal and investigated the structure of dislocation pattern introduced by indentation and scratching. The structure of dislocation pattern was not changed by load, but the size of dislocation pattern is linearly increased with imprint size. Because the imprint size is proportional to the square root of load, the size of dislocation pattern can be described as the function of load. The calculated size of dislocation pattern under assumption that the size was determined its energy to be equal to the energy given by indentation, well consisted with the experimental results.

Free Research Field

材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

転位密度が低く、粒界や結晶粒がないGaN単結晶を使って圧入時の荷重と圧入で発生した転位の密度、種類、サイズの相関が得られたので材料そのものの硬さとは何か？という学術的問いへの回答を構築するための基礎データを取得したものと言える。また、表面形状の変化と転位サイズに相関があることは、表面形状を取得すると転位伸展深さが推定可能なことを示唆しており、ウエハ加工の分野で必須とされる非破壊加工変質層厚評価技術の実現が期待される。