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多波長レーザー照射と基板ナノ構造制御による紫外発光型単結晶性酸化物薄膜の室温成長

研究課題

研究課題/領域番号 15K20988
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 無機材料・物性
結晶工学
研究機関東京工業大学

研究代表者

松田 晃史  東京工業大学, 物質理工学院, 講師 (80621698)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード室温エピタキシー / ワイドギャップ酸化物半導体 / エピタキシャル薄膜 / エキシマレーザープロセス / 固相結晶化 / 酸化ガリウム / 結晶核形成制御 / バッファ層 / ワイドギャップ半導体 / エキシマレーザーアニーリング / 固相エピタキシー / 薄膜構造解析 / 低温プロセス / 構造解析 / 低温成長 / レーザーアニール / レーザアニール
研究成果の概要

本研究では深紫外域のワイドギャップ酸化物半導体である酸化ガリウムについて、複合的な紫外レーザープロセスを用いることにより、光学的バンドギャップ4.9eVを示すβ-Ga2O3(-201)エピタキシャル薄膜の室温合成を得た。
基板表面の原子ステップが核形成サイトとして機能する結晶化様式を実験的に明らかにし、面内対称性および格子定数に加えて一様な面間隔をもつ岩塩型結晶(111)面のバッファ層効果を示す結果が得られた。ワイドギャップ単結晶性酸化物薄膜の室温成長における、基板モフォロジーやバッファ層材料・結晶面などの設計要素を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

バンドギャップ3~5eVの酸化物薄膜合成において、紫外レーザーによる結晶化エネルギー吸収と配向性結晶成長、面内秩序形成に与えるバッファ層の構造因子を見出し、基板モフォロジーによる核形成サイト制御と初期結晶化過程を実験的に明らかにした。ワイドギャップ酸化物半導体エピタキシャル薄膜の室温合成プロセスに関する基盤的知見を得た。
深紫外の光電子光学や電力工学において重要性を益す高結晶配向性の酸化物半導体薄膜について室温合成を達成し、高温合成と同等の光学特性を得た。透明・大面積・フレキシブルなど新たな付加価値をもつデバイスの将来的実現に貢献する要素技術を創成した。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 9件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Tuning of structural, optical band gap, and electrical properties of room-temperature-grown epitaxial thin films through the Fe2O3:NiO ratio2019

    • 著者名/発表者名
      Seo Okkyun、Tayal Akhil、Kim Jaemyung、Song Chulho、Chen Yanna、Hiroi Satoshi、Katsuya Yoshio、Ina Toshiaki、Sakata Osami、Ikeya Yuki、Takano Shiori、Matsuda Akifumi、Yoshimoto Mamoru
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 4304-4304

    • DOI

      10.1038/s41598-019-41049-9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Room-temperature laser annealing for solid-phase epitaxial crystallization of β-Ga2O3 thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Daishi Shiojiri, Daiji Fukuda, Ryosuke Yamauchi, Nobuo Tsuchimine, Koji Koyama, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Exp. Vol.9 (2016) 105502

      巻: 9 号: 10 ページ: 105502-105502

    • DOI

      10.7567/apex.9.105502

    • NAID

      210000138072

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Room-temperature Selective Epitaxial Growth of CoO (111) and Co3O4 (111) Thin Films with Atomic Steps by Pulsed Laser Deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Ryosuke Yamauchi, Daishi Shiojiri, Geng Tan, Satoru Kaneko, and Mamoru Yoshimoto
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 349 ページ: 78-82

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2015.04.205

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Room-temperature fabrication of highly oriented β-Ga2O3 thin films by excimer laser annealing2015

    • 著者名/発表者名
      Daishi Shiojiri, Ryosuke Yamauchi, Daiji Fukuda, Nobuo Tsuchimine, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth

      巻: 424 ページ: 38-41

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2015.04.026

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] パルスエキシマレーザー照射によるβ-Ga2O3薄膜の室温固相エピタキシーにおける結晶化過程の評価2019

    • 著者名/発表者名
      森田 公之、大賀 友瑛、土嶺 信男、金子 智、松田 晃史、吉本 護
    • 学会等名
      2019年 第66回 応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ワイドギャップ酸化物半導体薄膜の室温エピタキシャル合成2019

    • 著者名/発表者名
      松田 晃史
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2019年年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Solid-Phase Heteroepitaxy and Synchrotron Radiation Analyses of β-Ga2O3 Thin Films Fabricated by Room-Temperature Laser Processes2018

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Hiroyuki Morita, Tomoaki Oga, Yanna Chen, Okkyun Seo, Osami Sakata, Nobuo Tsuchimine, Satoru Kaneko, Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physicochemical Effect of Buffer Layer on β-Ga2O3 Solid-Phase Epitaxy by Excimer Laser Annealing2018

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Kisho Nakamura, Hiroyuki Morita, Nobuo Tsuchimine, Osami Sakata, Satoru Kaneko, Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      60th Electronic Materials Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] UV光励起を使ったワイドギャップβ-Ga2O3エピタキシャル薄膜の室温合成2018

    • 著者名/発表者名
      森田 公之、大賀 友瑛、土嶺 信男、金子 智、松田 晃史、吉本 護
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アモルファスGa2O3薄膜のエキシマレーザー照射による室温固相エピタキシーにおける作製因子の検討2018

    • 著者名/発表者名
      森田 公之、大賀 友瑛、土嶺 信男、金子 智、松田 晃史、吉本 護
    • 学会等名
      2018年 第79回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 紫外エキシマ光/レーザー照射によるβ-Ga2O3薄膜の室温固相結晶化プロセスの検討2018

    • 著者名/発表者名
      大賀 友瑛、森田 公之、池谷 侑紀、土嶺 信男、金子 智、松田 晃史、吉本 護
    • 学会等名
      2018年 第79回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 岩塩型Ni(1-x)Fe(x)O薄膜の室温エピタキシャル成長と特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      池谷 侑紀、土嶺 信男、金子 智、Okkyun Seo、坂田 修身、松田 晃史、吉本 護
    • 学会等名
      2018年 第79回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 室温レーザーアニールにより作製されたβ-Ga2O3エピタキシャル薄膜の配向性制御2017

    • 著者名/発表者名
      中村稀星、内田啓貴、土嶺信男、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Room-temperature epitaxy of wide bandgap oxide semiconductors2017

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      ISEPD 2017
    • 発表場所
      沖縄県市町村自治会館
    • 年月日
      2017-02-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Buffer-layer Enhanced Heteroepitaxy of Wide-bandgap Semiconductor Thin Films by Room-temperature Laser Processing2017

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      13th International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] β-Ga2O3薄膜のレーザー励起室温固相エピタキシーに与えるサファイア基板上バッファ層の効果2017

    • 著者名/発表者名
      中村稀星、森田公之、土嶺信男、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 周期的NiOナノ構造バッファ上におけるβ-Ga2O3薄膜のレーザー励起室温固相エピタキシー2017

    • 著者名/発表者名
      森田公之、中村稀星、土嶺信男、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第78回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Laser-induced room-temperature epitaxy of wide-bandgap semiconductor thin films2017

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Hybrid Materials and Processing
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solid-Phase Heteroepitaxy and Property Modification of β-Ga2O3 Thin Films by Room-Temperature Excimer Laser Annealing2017

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Kisho Nakamura, Hiroyuki Morita, Nobuo Tsuchimine, Satoru Kaneko and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ga2O3薄膜の室温下レーザー照射固相エピタキシーにおける膜厚や緩衝層の影響2017

    • 著者名/発表者名
      森田公之、中村稀星、土嶺信男、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Buffer-induced room-temperature epitaxy of β-Ga2O3 thin films by excimer laser annealing2016

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Daishi Shiojiri, Hiroki Uchida, Kisho Nakamura, Nobuo Tsuchimine, Satoru Kaneko and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      第26回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜情報文化センター
    • 年月日
      2016-12-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Low-temperature heteroepitaxy of wide-gap oxide semiconductor thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Satoru kaneko and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      IUMRS-ICYRAM 2016
    • 発表場所
      Indian Institute of Science
    • 年月日
      2016-12-11
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Buffer-Layer Enhanced Heteroepitaxy of β-Ga2O3:(Sn, Si) Thin Films by Room-Temperature Excimer Laser Annealing2016

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda, Daishi Shiojiri, Hiroki Uchida, Kisho Nakamura, Yanna Chen, Osami Sakata, Nobuo Tsuchimine, Satoru Kaneko and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      Hynes Convention Center
    • 年月日
      2016-11-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 室温レーザーアニールによるβ-Ga2O3薄膜の固相エピタキシーに与えるNiOバッファ層の影響2016

    • 著者名/発表者名
      中村稀星、内田啓貴、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] レーザーアニールによる不純物ドープβ-Ga2O3薄膜の低温固相エピタキシャル結晶化2016

    • 著者名/発表者名
      内田啓貴、中村稀星、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] エキシマレーザーアニーリングによるバッファ層誘起β-Ga2O3薄膜の低温固相エピタキシャル結晶化2016

    • 著者名/発表者名
      内田啓貴、塩尻大士、福田大二、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第63回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] レーザプロセスによるワイドギャップβ-Ga2O3薄膜の低温エピタキシー2016

    • 著者名/発表者名
      松田晃史、塩尻大士、福田大二、内田啓貴、土嶺信男、金子智、吉本護
    • 学会等名
      日本セラミックス境界 2016年 年会
    • 発表場所
      早稲田大学 西早稲田キャンパス
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Solid-phase epitaxial crystallization of Ga2O3 thin films by pulsed KrF excimer laser annealing towards low-temperature device fabrication2015

    • 著者名/発表者名
      Daishi Shiojiri, Daiji Fukuda, Nobuo Tsuchimine, Koji Koyama, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Room-temperature solid-phase epitaxial growth of β-Ga2O3 thin films on NiO-buffered sapphire (0001) substrates by KrF excimer laser annealing2015

    • 著者名/発表者名
      塩尻大士、福田大二、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      IWGO 2015
    • 発表場所
      京都大学 桂キャンパス
    • 年月日
      2015-11-03
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Room-temperature epitaxial synthesis and advanced nano-scale functionalization of widegap ceramic-based thin films2015

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Matsuda and Mamoru Yoshimoto
    • 学会等名
      IUMRS-ICAM 2015
    • 発表場所
      International Convention Center Jeju
    • 年月日
      2015-10-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PLD法を用いたβ-Ga2O3薄膜の低温結晶成長におけるバッファー層導入効果2015

    • 著者名/発表者名
      福田大二、塩尻大士、内田啓貴、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      日本結晶成長学会 第45回 結晶成長国内会議
    • 発表場所
      北海道大学 札幌キャンパス
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 紫外エキシマレーザー照射によるワイドギャップGa2O3薄膜の室温固相配向成長2015

    • 著者名/発表者名
      塩尻大士、福田大二、内田啓貴、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第28回 秋季シンポジウム
    • 発表場所
      富山大学 五福キャンパス
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] KrFエキシマレーザーアニールによるβ-Ga2O3エピタキシャル薄膜の室温作製と光学特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      塩尻大士、福田大二、内田啓貴、高野詩織、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第76回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] エキシマレーザー照射による固相結晶化Ga2O3薄膜における構造及び光学特性への照射条件の影響2015

    • 著者名/発表者名
      内田啓貴、塩尻大士、福田大二、土嶺信男、小山浩司、金子智、松田晃史、吉本護
    • 学会等名
      第76回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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