Ⅲ族窒化物半導体を用いた中性子検出半導体の開発

• 研究課題/領域番号: 24686014
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 中野 貴之 静岡大学, 工学部, 准教授 (00435827)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円); 2015年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2012年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
• キーワード: 中性子検出 / 半導体検出器 / III族窒化物半導体 / エピタキシャル成長 / 放射線検出特性 / 結晶成長 / 放射線検出 / 化合物半導体 / Ⅲ族窒化物半導体 / III族窒化物 / MOVPE

研究成果の概要

本研究では、III族窒化物半導体を用いて次世代中性子検出器の開発を行った。中性子捕獲断面積が大きいGd原子とB原子を利用したGdGaNおよびBGaNを提案し検討を行った。GdGaNに関しては、Gd原料の低い飽和蒸気圧などが原因で高品質な結晶成長の実現には至らなかった。BGaNは有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いた結晶成長技術の開発によって、BNモル分率が約1%のBGaNの作製を実現した。作製したBGaN薄膜を用いて放射線検出特性評価を行い、中性子検出を実現した。また、デバイス作製に向けたIII族窒化物の放射線検出特性評価を実施し、移動度寿命積などのデータを得るに至った。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of substrate offcut angle on BGaN epitaxial growth (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Ueyama, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki, and Takayuki Nakano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 5S ページ: 05FD05-05FD05
  • DOI: 10.7567/jjap.55.05fd05
  • NAID: 210000146507
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Study of radiation detection properties of GaN pn diode (2016)
  • 著者名/発表者名: Mutsuhito Sugiura, Maki Kushimoto, Tadashi Mitsunari, Kohei Yamashita, Yoshio Honda, Hiroshi Amano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki and Takayuki Nakano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 5S ページ: 05FJ02-05FJ02
  • DOI: 10.7567/jjap.55.05fj02
  • NAID: 210000146544
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Neutron detection using boron gallium nitride semiconductor material (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Atsumi, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki, and Takayuki Nakano
  • 雑誌名: APL Material 巻: 2 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.4868176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double polar selective area growth of GaN MOVPE by using carbon mask layers (2013)
  • 著者名/発表者名: Yohei Fujita, Yasushi Takano, Yoku Inoue, Masatomo Sumiya, Shunro Fuke and Takayuki Nakano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 8S ページ: 08JB26-08JB26
  • DOI: 10.7567/jjap.52.08jb26
  • 査読あり
• [学会発表] MOVPE法を用いたBGaN成長における成長雰囲気の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村匠, 矢野雄大, 上山浩平，青木徹，井上翼，小島一信，秩父重英，中野貴之
  • 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、目黒区、東京都
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] pin-GaN ダイオードを用いたα線検出特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 有川卓弥、杉浦睦仁、宇佐美茂佳、久志本真希、本田善央、天野浩、三村秀典、井上翼、青木徹、中野貴之
  • 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、目黒区、東京都
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] III族窒化物半導体を用いた放射線検出器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野貴之
  • 学会等名: 2015年静岡大学テニュアトラックシンポジウム
  • 発表場所: 静岡大学、浜松市、静岡県
  • 年月日: 2016-03-01
  • 招待講演
• [学会発表] Evaluation of radiation detection characteristics for GaN diode (2015)
  • 著者名/発表者名: Mutsuhito Sugiura, Maki Kushimoto, Tadashi Mitsunari, Kohei Yamashita, Yoshio Honda, Hiroshi Amano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki, and Takayuki Nakano
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of fabricated BGaN films at each growth conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohei Ueyama, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki, and Takayuki Nakano
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6)
  • 発表場所: Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Development of high B composition BGaN by Mg surfactant (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, K. Ueyama, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki, and T. Nakano
  • 学会等名: The 14th International Conference on Global Research and Education
  • 発表場所: Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] Efficiency of Al source supply to B composition in BAlGaN epitaxial growth (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Arikawa, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki, and T. Nakano
  • 学会等名: The 14th International Conference on Global Research and Education
  • 発表場所: Act City Hamamatsu, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] MOVPE法にて作製したBGaN結晶の諸特性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上山 浩平、中村 匠、三村 秀典、井上 翼、青木 徹、中野 貴之
  • 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、名古屋市、愛知県
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] GaNにおける放射線検出特性の実験的評価(2) (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉浦 睦仁、久志本 真希、光成 正、山下 康平、本田 善央、天野 浩、三村 秀典、井上 翼、青木 徹、中野 貴之
  • 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、名古屋市、愛知県
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Dependencies of growth temperature and carrier gases in BGaN growth (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ueyama, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki and T. Nakano
  • 学会等名: 34th Electronic Materials Symposium (EMS34)
  • 発表場所: Laforret Biwako, Moriyama, Shiga
  • 年月日: 2015-07-15
• [学会発表] Characterization of radiation detection for GaN semiconductor material (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sugiura, M. Kushimoto, T. Mitsunari, K. Yamashita, Y. Honda, H. Amano, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki and T. Nakano
  • 学会等名: 34th Electronic Materials Symposium (EMS34)
  • 発表場所: Laforret Biwako, Mosiyama, Shiga
  • 年月日: 2015-07-15
• [学会発表] GaN 半導体材料における放射線検出特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉浦睦仁，久志本真希，光成正，山下康平，本田善央，天野 浩，三村秀典，井上翼，青木徹，中野貴之
  • 学会等名: 第7回 窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパス片平さくらホール、仙台市、宮城県
  • 年月日: 2015-05-07
• [学会発表] Characterization of Radiation Detection for GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sugiura, M. Kushimoto, T. Mitsunari, K Yamashita, Y. Honda, H. Amano, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki, and T. Nakano
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications (LEDIA'15)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2015-04-22
  • 国際学会
• [学会発表] GaNダイオードの放射線検出特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉浦睦仁、久志本真希、光成 正、山下康平、本田善央、天野浩、三村秀典、井上翼、青木徹、中野貴之
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス、神奈川県平塚市
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-15
• [学会発表] BGaN成長における基板off角度依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上山浩平，渥美勝浩，三村秀典，井上翼，青木徹，中野貴之
  • 学会等名: 第3回結晶工学未来塾
  • 発表場所: 学習院創立百周年記念会館、東京都豊島区
  • 年月日: 2014-11-13
• [学会発表] Evaluation of Radiation Detection Characteristic for GaN Semiconductor Material (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Sugiura, K. Atsumi, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki, T. Nakano
  • 学会等名: IEEE Nuclear Science symposium &Medical Imaging Conference; 21st Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and Gamma-ray Detectors
  • 発表場所: Washington State Convention Center, Seattle, WA USA
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-15
• [学会発表] Fabrication and Development of BGaN Device for the Novel Neutron Semiconductor Detector (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Nakano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki
  • 学会等名: IEEE Nuclear Science symposium &Medical Imaging Conference; 21st Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and Gamma-ray Detectors
  • 発表場所: Washington State Convention Center, Seattle, WA USA
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] abrication of BGaN semiconductor device for neutron detection (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Nakano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki
  • 学会等名: The 21st International of The Society of Pure and Applied Coordination Chemistry (SPACC) Symposium
  • 発表場所: Kogakuin University, Shinjuku Campus、Shinjuku, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
  • 招待講演
• [学会発表] BGaN成長における基板依存性の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上山浩平，渥美勝浩，三村秀典，井上翼，青木徹，中野貴之
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、北海道札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] GaNにおける放射線検出特性の実験的評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉浦睦仁，久志本真希，光成正，山下康平，本田善央，天野浩，三村秀典，井上翼，青木徹，中野貴之
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、北海道札幌市
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Improved BGaN epitaxial growth for the neutron detection device (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ueyama, K. Atsumi, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki and T. Nakano
  • 学会等名: The 8th International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2014)
  • 発表場所: Wroclaw Congress Center, Wroclaw, Poland
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [学会発表] BGaN 成長における基板および原料供給量の依存性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上山浩平, 渥美勝浩, 三村秀典, 井上翼, 青木徹, 中野貴之
  • 学会等名: 第6 回窒化物半導体結晶成長講演会
  • 発表場所: 名城大学天白キャンパス、愛知県名古屋市
  • 年月日: 2014-07-25 – 2014-07-26
• [学会発表] Improvement of BGaN epitaxial growth with controlled GaN substrate orientation (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ueyama , K. Atsumi , H. Mimura , Y. Inoue , T. Aoki and T. Nakano
  • 学会等名: 33th Electronic Materials Symposium (EMS33)
  • 発表場所: Laforret Suzenji, Izu, Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [学会発表] Investigation of novel neutron detector by using BGaN semiconductor material (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Nakano, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki
  • 学会等名: The Third International Conference on Materials, Science and Environments (ICMEE’14)
  • 発表場所: Aqua Queen Kapiolani Hotel, Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-03
  • 招待講演
• [学会発表] Ⅲ族窒化物半導体を用いた中性子半導体検出器の作製と結晶成長技術の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野貴之
  • 学会等名: 第7回超領域研究会
  • 発表場所: 静岡大学浜松キャンパス、静岡県浜松市
  • 年月日: 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] Examination of on the Influence of Boron Flow Rate and Substrate in BGaN Epitaxial Growth (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Ueyama, K. Atsumi, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki, and T. Nakano
  • 学会等名: the Second Conference on LED and Its Industrial Application (LEDIA '14)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-24
• [学会発表] Examination of on the Influence of Boron Flow Rate and Substrate in BGaN Epitaxial Growth (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ueyama, K. Atsumi, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki, and T. Nakano
  • 学会等名: the Second Conference on LED and Its Industrial Application (LEDIA '14)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
• [学会発表] Novel neutron detection system by using group-III nitride semiconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Nakano
  • 学会等名: 2014 International Workshop on Advanced Nanovision Science
  • 発表場所: Shizuoka University, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子検出半導体に向けたBGaN結晶の作製と検出特性の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渥美勝浩
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木市)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] The Characteristic of Radiation Detection Property for GaN and BGaN (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Atsumi, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki, Takayuki Nakano
  • 学会等名: 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, and Workshop on Room-Temperature Semiconductor X-Ray and Gamma-Ray Detectors (NSS/MIC/RTSD)
  • 発表場所: COEX Convention Center, Seoul, Korea
• [学会発表] The proposal of the new material at the neutron detection semiconductor (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Nakano, Katsuhiro Atsumi, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki
  • 学会等名: 14th International Young Scientists Conference “Optics & High Technology Material Science –SPO 2013”
  • 発表場所: Kyiv, Ukraine
  • 招待講演
• [学会発表] The Characteristic of Radiation Detection Property for Group-III Nitride semiconductor (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Nakano, Katsuhiro Atsumi, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki
  • 学会等名: 12th International Conference on Global Research and Education (inter Academia 2013)
  • 発表場所: University of Sofia St. Kliment Ohridski, Sofia, Bulgaria
• [学会発表] Design and development of semiconductor neutron detector (2013)
  • 著者名/発表者名: Toru Aoki, Akifumi Koike, Hisashi Morii, Volodymyr A Gnatyuk, Takayuki Nakano and Hidenori Mimura
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: Doshisha University, Kyoto, Japan
• [学会発表] New neutron detector by using semiconductor BGaN (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Atsumi, Kosugi Naohumi, Aki Miyake, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki, Takayuki Nakano
  • 学会等名: 2013 SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego Convention Center, San Diego, California, USA
• [学会発表] Investigation of neutron semiconductor detector by using BGaN (2013)
  • 著者名/発表者名: [14] Takayuki Nakano, Katsuhiro Atsumi, Hisashi Kaneko, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
• [学会発表] The evaluation of radiation detection for GaN and BGaN (2013)
  • 著者名/発表者名: [29] K. Atsumi, A. Miyake, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki and T. Nakano
  • 学会等名: 32th Electronic Materials Symposium (EMS32)
  • 発表場所: Laforret Biwako, Shiga
• [学会発表] ”中性子半導体検出器の実現に向けたBGaN薄膜の作製と評価” (2013)
  • 著者名/発表者名: [32] 渥美勝浩、三宅亜紀、三村秀典、井上翼、青木徹、中野貴之
  • 学会等名: 2013年度電子情報通信学会ED/CPM/SDM合同5月研究会
  • 発表場所: 静岡大学浜松キャンパス
• [学会発表] Investigation of radiation detection which used BGaN (2012)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Atsumi
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2012 (IWN2012)
  • 発表場所: Sapporo Convention Center, (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2012-10-15
• [学会発表] 中性子検出半導体に向けたBGaNの結晶成長と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渥美勝浩
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学(松山市)
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] GaN based semiconductor neutron detector (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Aoki
  • 学会等名: 2012 SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego Convention Center, San Diego, (California, USA)
  • 年月日: 2012-08-14
• [学会発表] The research on the possibility of the novel neutron detector using BGaN (2012)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Atsumi
  • 学会等名: 31th Electronic Materials Symposium (EMS31)
  • 発表場所: Laforret Suzenji, (Izu, Japan)
  • 年月日: 2012-07-11
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://nakanolab.eng.shizuoka.ac.jp/index.html
• [備考] 静岡大学中野研
  • URL: http://nakanolab.eng.shizuoka.ac.jp/index.html
• [備考] 静岡大学大学院工学研究科電子物質科学専攻中野研究室
  • URL: http://nakanolab.eng.shizuoka.ac.jp/index.html