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窒化ガリウムからのテラヘルツ放射機構の解明と物性評価への応用

研究課題

研究課題/領域番号 16H04330
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関大阪大学

研究代表者

川山 巌  大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (10332264)

研究協力者 酒井 裕司  
中西 英俊  
斗内 政吉  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2017年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2016年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
キーワードテラヘルツ波 / ワイドギャップ半導体 / 窒化ガリウム / 分極 / イメージング / 酸化ガリウム / 欠陥・不純物 / 評価技術 / シリコンカーバイド / 不純物・欠陥 / 自発分極 / テラヘルツ放射
研究成果の概要

自発分極がc軸方向に存在するm面 GaN をレーザーテラヘルツ放射顕微鏡(LTEM)により観察し、自発分極により放射THz 波が増強されていることを確認し、分極反転ドメインの特定に成功した。さらに、放射されたTHz波を二つのワイヤーグリッド偏光子に通して、片方のワイヤーグリッドを90度回転させることにより、THz波の偏光のx成分とy成分の分布を取得し、この2つの偏光成分を合成しすることにより、任意のベクトル量をもつm-GaN の表面の局所分極を可視化することに成功した。本手法により、ドメイン内部における分極の変化の様子がより鮮明にイメージングすることが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、次世代高速・省エネルギーパワーデバイス材料として期待されている窒化ガリウム結晶を、独自に開発したレーザーテラヘルツ放射顕微鏡を用いて観察し、観測されたTHz放射の波形・強度を分析することにより、従来手法では困難な、窒化ガリウム表面における格子欠陥・転位、不純物、および分極構造を評価することに成功した。これは、GaN結晶およびデバイスの品質向上に大きく貢献する成果である。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Control of dipole properties in high-k and SiO2 stacks on Si substrates with tricolor superstructure2018

    • 著者名/発表者名
      Hotta Yasushi, Kawayama Iwao, Miyake Shozo, Saiki Ikuya, Nishi Shintaro, Yamahara Kota, Arafune Koji, Yoshida Haruhiko, Satoh Shin-ichi, Sawamoto Naomi, Ogura Atsushi, Ito Akira, Nakanishi Hidetoshi, Tonouchi Masayoshi, Tabata Hitoshi
    • 雑誌名

      APPLIED PHYSICS LETTERS

      巻: 113 号: 1 ページ: 012103-012103

    • DOI

      10.1063/1.5034494

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polarization imaging of imperfect m-plane GaN surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Yuji Sakai, Iwao Kawayama, Hidetoshi Nakanishi, Masayoshi Tonouchi
    • 雑誌名

      APL Photonics

      巻: 2 号: 15 ページ: 3056-3059

    • DOI

      10.1364/ol.42.003056

    • 関連する報告書
      2017 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] Polarization imaging of imperfect m-plane GaN surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Yuji Sakai, Iwao Kawayama, Hidetoshi Nakanishi, and Masayoshi Tonouchi
    • 雑誌名

      APL Photonics

      巻: 2 号: 4 ページ: 041304-041304

    • DOI

      10.1063/1.4979511

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] テラヘルツ放射分光・イメージングによる半導体材料・デバイス評価2018

    • 著者名/発表者名
      川山 巌
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子デバイス研究会(ED)テラヘルツ応用システム研究会(THz)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Terahertz emission spectroscopy and imaging for energy saving material/device development2018

    • 著者名/発表者名
      Iwao Kawayama
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Advanced Materials and Processes for Environment, Energy and Health
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of semiconductor materials and devices by laser-induced terahertz emissions2018

    • 著者名/発表者名
      Iwao Kawayama
    • 学会等名
      SPIE Optical Engineering + Applications Conrerence
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristics of Laser-Induced Terahertz Emissions from Gallium Oxide Surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Jian Hao, Gong Chen, Tatsuhiko Nishimura, Hidetoshi Nakanishi, Hironaru Murakami, Masayoshi Tonouchi, Iwao Kawayama
    • 学会等名
      25th INTERNATIONAL WORKSHOP ON OXIDE ELECTRONICS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Terahertz emission spectroscopy of wide band gap semiconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Iwao Kawayama
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Probing interface potential of semiconductor heterostructures with laser terahertz emission spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Iwao Kawayama
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Ultrafast Phenomena and Terahertz Waves (ISUPTW2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 新電子材料の光・テラヘルツ機能創製と規デバイス応用2018

    • 著者名/発表者名
      川山巌
    • 学会等名
      岡山大学ナノ材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Observation of 4H-SiC Wafers and a SiC Photodiode Using a Laser Terahertz Emission Microscope2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nakanishi, T. Nishimura, F. Kitamura, K. Fujita, M. Mizubata, I. Kawayama and M. Tonouchi
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Microwave/Terahertz Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Polarization imaging of GaN using laser terahertz emission microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Iwao Kawayama
    • 学会等名
      4th Japan-Korea International Symposium on Materials Science and Technology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] テラヘルツ顕微鏡で見る省エネルギー材料・デバイス~持続可能社会の実現に貢献する先端計測技術~2016

    • 著者名/発表者名
      川山巌
    • 学会等名
      ハイテク推進セミナー
    • 発表場所
      大阪(阪急ターミナルビル14階・島津マルチホール)
    • 年月日
      2016-11-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] テラヘルツ波放射によるm面GaNの自発分極の評価2016

    • 著者名/発表者名
      酒井裕司、川山巌、中西英俊、斗内政吉
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟(朱鷺メッセ)
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Laser Terahertz Emission Microscopy for the Inspection of Semiconductor Materials and Devices2016

    • 著者名/発表者名
      Iwao Kawayama
    • 学会等名
      The 10th Asia-Pacific Laser Symposium
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2016-05-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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