| 研究課題/領域番号 |
19H02616
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
嘉数 誠 佐賀大学, 理工学部, 教授 (50393731)
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| 研究分担者 |
高橋 和敏 佐賀大学, シンクロトロン光応用研究センター, 教授 (30332183)
大石 敏之 佐賀大学, 理工学部, 教授 (40393491)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | ダイヤモンド / ヘテロエピタキシャル成長 / パワー半導体 / パワー半導体デバイス / シンクロトロン光 / 転位 / ワイドギャップ半導体 / 結晶成長機構 / 成長機構 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ヘテロエピの結晶性に重要なサファイア結晶表面上およびIrバッファ層面上のダイヤヘテロエピの成長初期過程、すなわち炭素原子の表面拡散、核生成・合体の過程、層成長過程をシンクロトロンX線トポグラフィーやAFM、X線回折などで明らかにする。また層成長過程でのモザイクの配向性の向上、転位発生・消滅の機構、デバイス特性に関連のあるキャリア移動度への影響も明らかにする。またサファイア基板の様々な面方位によるダイヤヘテロエピ膜の面方位制御、オフ基板によるステップフロー成長も試みる。最後に大口径サファイア基板を用いたインチサイズのダイヤヘテロエピを試みる。
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| 研究成果の概要 |
サファイア基板上のダイヤヘテロエピタキシャル成長を、MgO基板上と比較し、ダイヤ層の結晶構造と結晶成長過程を、X線回折や断面TEM観察を用いて明らかにした。
三方晶構造のサファイア基板結晶上にIrバッファ層を成長し、ダイヤをエピタキシャル成長する場合、結晶方位関係は、サファイア(11-20)[1-100]//Ir(001)[110]//ダイヤ(001)[110]であることを明らかにした。他方MgOの場合は、MgO(001)[110]//Ir(001)[110]//ダイヤ(001)[110]であった。サファイアの場合はIrは圧縮歪を受け、ダイヤではほぼ緩和するため、ダイヤの結晶品質が優れている。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で得られた知見により、これまで4ミリ角でしかなかったダイヤ結晶を、2インチ径まで大口径化できるようになった。さらに、その上に作製したダイヤモンドパワー半導体デバイスは、345MW/cm2の極めて高い出力電力を制御できることを示した。このダイヤモンドパワー半導体デバイスは、近い将来、電気自動車や電車などで使われ、従来よりも格段にエネルギー効率を上げることができる。
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