2013 Fiscal Year Annual Research Report
ワイドギャップ半導体結晶中の転位の運動特性と電子・光学物性の解明
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24246103
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
米永 一郎 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20134041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徳本 有紀 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20546866)
大野 裕 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129)
沓掛 健太朗 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00463795)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 転位ナノ物性 / ワイドギャップ半導体 / 転位動特性 / 転位電子光学特性 |
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| Research Abstract |
本研究は、III-Vナイトライド、II-VI亜鉛系化合物、IV族化合物等のワイドギャップ半導体結晶について、(1)転位の運動機構を解明すること、(2)転位の原子構造と電子構造・物性、さらに熱処理や電子・光・エネルギー励起による変性を調べ、転位に付随する電気・光学特性を明らかにすること、(3)ワイドギャップ半導体における転位の運動と電子・光学物性の両面について基礎知識を確立し、さらに転位特性がそれぞれの結晶で発現する機構を、Si、GaAs等を含めた全半導体での基礎学理として体系化し、実用化の指針を提示することを目的とする。
本年度は(1)InN混晶について、ナノインデンテーション法によりその硬度と弾性率の決定に成功した。AlxGa1-xN混晶(0<x<1) 混晶について、GaNからAlNまでの組成域の試料のナノインデンテーション法評価によりその硬度特性を明らかにし混晶に固有の現象を見出した。(2)ZnO結晶において、インデンテーション時に発生する転位が運動するすべり面が{10-11})(0001)ないし{10-10}であり、そのバーガースベクトルは常に<1-210>であると特定に成功した。(3)GaN結晶中のフレッシュな転位に関する電気・光学特性に関する知見を総括し、転位の電荷状態を特定するとともに、その電気伝導特性による応用の可能性について指針を提示した。(4)非極性GaNのサファイヤ基板上でのエピタキシャル成長時のドメイン形成機構が格子定数を同じにするa軸に沿ったa-c面変換であることについてX線回折法からも検証し、結晶性向上の指針を示した。(5)GaN結晶の塑性変形において、フレッシュな転位とともに高密度の点欠陥クラスターが導入され、それらが特異な非発光中心として作用することを見出した。(6)ワイドギャップ酸化物LiNbO3結晶での転位構造の評価により、その形成機構の解明に成功した。
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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
本研究の目的であるワイドギャップ半導体における転位の運動機構の解明と、その電子・光学特性の解明に対して、前年度の成果も含め、現時点で、順調に推移している。特に、GaN、AlNとZnOと進めた転位の運動特性とその物性の解明はさらにInNで進めることができ、AlGaN系混晶での特異な混晶効果を見出した。そして、GaNでは固有な転位に関する電子構造の解明を進めることができた。その結果、主たる成果として、国際学術誌へ論文6編、国際学会を含め、11回発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度、２年度の状況と成果を基盤に、4H-および3C-SiC結晶転位の動特性のより詳細な知見の確立と、これまで研究実績報告が全くないナイトライドInN結晶とII-VI 族亜鉛化合物であるCdTe、CdSe、CdS 結晶を対象とする。特に、基板上に育成されたInN結晶を、２年度に導入したナノインデンテーション装置により転位の運動特性を評価する。前年度と同様に、転位個々の有する電子・光学特性を明らかにする。
(1)確立した圧縮・曲げ変形法とエッチピット法を用い、SiC、CdTe、CdSe、CdS結晶中で転位が外部応力のもとで発生し、運動する挙動とその速度を応力と温度の関数として定量化する。また、ナノインデンテーション法によりInNの微小荷重硬度から転位運動特性を導出する。(2)新規に転位が導入された結晶の電気・光学特性をホール係数測定法、フォトルミネッセンス法、光吸収法、DLTS法のマクロな評価法により定量化し、転位の有する電荷量、電子準位、一次元伝導を明らかにする。(3)結晶中に導入された転位の特性を、高分解能電顕法およびウィークビーム法を用いて決定し、さらに原子構造を明らかにする。(4)変形によって導入された個々の転位の電子・光学的特性を電子顕微鏡内に設置した近接場光学分光PL法とCL法によりミクロなスケールで明らかにする。(5)新規に導入した転位がその有する電子・光学特性を熱処理や電子・光エネルギー照射によってどのように変化するかを温度、時間、エネルギー値、強度の関数として、マクロおよびミクロスケールで定量評価し、転位の性質の変性機構を解明する。(6) III-VナイトライドとII-VI酸化物およびII-VI化合物、およびLiNbO3等の酸化物結晶における結果を比較・検討し、転位の結晶物性への影響を総合的に明らかにする。
これらの成果を纏め、学会発表や論文発表を行うとともに、研究期間中の成果を総合的に集大成する。
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[Presentation] Nanoindentation hardness of AlGaN alloys2013
Author(s)
Y. Tokumoto, H. Taneichi, Y. Ohno, K. Kutsukake, H. Miyake, K. Hiramatsu, I. Yonenaga
Organizer
The 10th International Conference on Nitride Semiconductors
Place of Presentation
Washington, D.C. (USA)
Year and Date
20130825-20130830
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