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高効率人工光合成実現のための超広帯域光電変換マルチバンドギャップ物質の創成

Research Project

Project/Area Number 18J15214
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

立溝 信之  京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
KeywordsAlN / 人工光合成 / 無極性 / 3d遷移金属 / 深紫外 / 窒化アルミニウム / 深紫外LED / 量子シュタルク閉じ込め効果
Outline of Annual Research Achievements

【本研究の内容】報告者は、高効率人工光合成を実現するため、種々の3d遷移金属を添加した窒化アルミニウム(AlN)薄膜を合成しその評価をおこなった。特に採用第2年度では、報告者がごく最近発見した「Fe添加によるAlN薄膜の配向性変化」についてより詳細に解析をおこなった。
【本研究の意義】ウルツ鉱型の結晶構造をもつAlNのa軸配向膜を利用するとc軸配向膜に起因する様々な課題を解決出来る。c軸配向型AlN薄膜には、AlとNが面直方向につながった構造に由来する電気的極性がある。結果として薄膜表面、界面で大きな分極が発生し、種々のデバイスで問題となっている。例えば、トランジスタではノーマリーオンになってしまう、LEDなどの発光デバイスでは発光効率が低い、などである。申請者が実現を目指す人工光合成デバイスでも同様に、光で形成された電荷を分離し取り出す効率が低くなる問題がある。成長方向に極性を持たない無極性膜を作製することが、これらの問題の解決策とされる。しかし、AlNは結晶学的にc軸方向に成長しやすい材料であることから本研究により無極性膜の新たな作製法が確立されれば、人工光合成デバイスだけでなく、窒化物半導体で構成される種々のデバイスの抱える問題も解決できる可能性がある。
【実施内容】Fe添加AlN薄膜をガラス基板上にRFスパッタ法で成膜し、その電子状態や結晶学的特性の解明に取り組んだ。さらに、成膜条件の詳細な調製、成膜後の熱処理の影響の調査に取り組み、配向性転移メカニズムの解明や結晶性の向上を目指した。また、大型放射光施設Spring-8にて放射光X線を利用したX線吸収分光(XAS)測定も取り入れ、AlN中Feの局所的な構造や電子状態と配向性転移との関連性を調べた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] Electronic structure of AlFeN films exhibiting crystallographic orientation change from c- to a-axis with Fe concentrations and annealing effect2020

    • Author(s)
      Tatemizo Nobuyuki、Imada Saki、Okahara Kizuna、Nishikawa Haruki、Tsuruta Kazuki、Ina Toshiaki、Miura Yoshio、Nishio Koji、Isshiki Toshiyuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1819-1819

    • DOI

      10.1038/s41598-020-58835-5

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Wurtzite [11-20]-oriented AlFeN films prepared by RF sputtering2018

    • Author(s)
      Tatemizo N.、Imada S.、Nishio K.、Isshiki T.
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 8 Issue: 11 Pages: 115117-115117

    • DOI

      10.1063/1.5053147

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Local electronic state and Crystallographic Structure of Fe in Non-Polar AlFeN Thin Films2019

    • Author(s)
      N. Tatemizo
    • Organizer
      International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors (DRIP XVIII)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The transition of preferred orientation of Wurtzite (0002) to (11-20)-plane via heavily Fe doping to AlN using RF sputtering2018

    • Author(s)
      N. Tatemizo, S. Imada, K. Nishio, and T. Isshiki
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Engineering of Band Structure and Crystal Structure of Aluminum Nitride Semiconductor via 3d-Transition Metal Doping2018

    • Author(s)
      N. Tatemizo
    • Organizer
      BIT's 8th Annual Congress of Nano Science and Technology-2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Band Structure of Blue-Green Light AbsorbingTi-Doped AlN (AlTiN) Films2018

    • Author(s)
      S. Imada & N. Tatemizo
    • Organizer
      BIT's 8th Annual Congress of Nano Science and Technology-2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 無極性配向ウルツ鉱型AlN系微結晶薄膜を ガラス基板上に形成する技術を開発

    • URL

      https://www.kit.ac.jp/2020/02/news20200213/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 薄膜の製造方法および半導体装置の製造方法2019

    • Inventor(s)
      今田早紀、立溝信之
    • Industrial Property Rights Holder
      今田早紀、立溝信之
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 薄膜、薄膜付き基板および半導体装置2019

    • Inventor(s)
      今田早紀、立溝信之
    • Industrial Property Rights Holder
      今田早紀、立溝信之
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 薄膜、薄膜付き基板および半導体装置2019

    • Inventor(s)
      今田 早紀、立溝 信之
    • Industrial Property Rights Holder
      今田 早紀、立溝 信之
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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