| 研究課題/領域番号 |
21H01831
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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 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
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| 研究分担者 |
毛利 真一郎 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
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| キーワード | 半導体 / 窒化インジウム / 分子線エピタキシー / 透過電子顕微鏡 / 結晶成長 / 結晶欠陥 / TEM / 窒化物半導体 / 熱処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究課題においては、いまだp型伝導制御が実現されていない窒化インジウム（InN）に対して、平衡状態を実現する高圧高温熱処理（アニール）を施すことにより、従来の枠を超えた結晶高品質化を目指し、それをベースとしてp型伝導制御によるInNのデバイス品質結晶実現を目的とする。窒素の平衡蒸気圧が高いInNを約1GPaの加圧窒素雰囲気下で高温（約600℃）アニールし、小傾角粒界の解消による転位密度の劇的な低減効果を検証する。またMgドーピングしたInN、InGaN混晶、ヘテロ接合、ナノ構造に対する高圧高温処理の有効性についても検討する。
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| 研究成果の概要 |
本研究ではRF-MBE法を用いてInN結晶を作成し、高温・高圧熱処理による結晶品質の向上を目指した。2021年度は、成長条件の最適化を図り、特に成長温度やプラズマパワーの影響を調査した。2022年度には、初期成長機構の解明とInN結晶に対する高温・高圧熱処理の基礎検討を行い、650℃と750℃での熱処理が比較的効果的であることを示した。2023年度は、初期成長機構の詳細な解明と、2年目の熱処理結果の評価を継続した。転位密度の減少などの改善は確認できなかったが、異常成長領域の発生過程をモデル化した。本研究は、InN結晶の品質向上に向けた重要な基礎データを構築できたと考える。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、いまだ残留キャリア濃度や貫通転位などの結晶欠陥が多く、伝導制御やデバイス応用が実現されていないInNに対して、高温・高圧熱処理による貫通転位密度低減を目指した。その課程において、DERI法成長InNにおける成長条件の影響を詳細に検討することができた。さらにTEMを用いた緻密な極微構造観察により、Inドロップレットが関与する異常成長領域の成長モデルを構築することができた。これらはRF-MBE法を用いたInN結晶成長のさらなる理解に大きく役立つものである。一方、高温・高圧熱処理の効果については、試料サイズの問題から熱処理後の比較評価が十分に行えず、実験方法を含めた再検討が必要である。
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