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窒化物半導体における欠陥構造のマルチスケール解析

公募研究

研究領域特異構造の結晶科学:完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス
研究課題/領域番号 17H05327
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

木口 賢紀  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードGaN / InGaN / 貫通転位 / 局所弾性場 / 極性 / ペロブスカイト型強誘電体 / 蛍石型強誘電体 / 電子顕微鏡 / ワイドギャップ材料 / 窒化物 / 特異構造 / 格子欠陥 / 積層欠陥 / 電子構造 / 光学特性 / 結晶成長 / 弾性場 / マルチスケール
研究実績の概要

窒化物半導体・酸化物半導体薄膜では、残留する格子欠陥や歪みといった特異構造が電子・光学デバイスの結晶成長や物性発現において重要な役割を果たす。本研究では、窒化物極性材料GaN/InGaN量子井戸構造をはじめ、酸化物極性材料としてHfO2基及びZrO2基強誘電相のドメイン構造、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3・Pb(Zr,Ti)O3薄膜の組成相境界構造や非鉛系(K,Na)NbO3圧電体膜などの特異構造について、電子顕微鏡を活用してマルチスケールな観点から、特異構造の関与する微細組織形成機構を明らかにした。これまでの主要な成果として、以下の知見を明らかにした。 (1)GaN/InGaN量子井戸構造やGaN/サファイア基板界面におけるミスフィット転位、貫通転位、積層欠陥をマルチスケールで解析し、極性の違いによってこれら特異構造に大きな違いが生じることを見出した。(2)積層欠陥、量子井戸構造に伴う局所弾性場を介して貫通転位と弾性相互作用を引き起こし、転位の湾曲、消滅、発生の原因となることを見出した。(3)これら特異構造が酸化物の結晶成長に及ぼす効果を調べ、HfO2基及びZrO2基強誘電相のドメイン構造や電子状態の特異性、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3における組成相境界における特異な2相共存組織がミスフィット転位などに起因する局所弾性場によって誘起されることを組織学的観点から実証した。以上のように、窒化物や酸化物が内包する特異構造が結晶成長機構を通じて電子物性発現に大きな役割を果たすことを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] ミスフィット転位に誘起されたPMN-PT/STO界面変調構造2019

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀, 範滄宇, 白石貴久, 今野豊彦
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 58 号: 2 ページ: 97-97

    • DOI

      10.2320/materia.58.97

    • NAID

      130007587750

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 年月日
      2019-02-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-temperature deposition of Li substituted (K,Na)NbO3 films by a hydrothermal method and their structural and ferroelectric properties2019

    • 著者名/発表者名
      Takahisa SHIRAISHI, Yuta MUTO, Yoshiharu ITO, Akinori TATEYAMA, Hiroshi UCHIDA, Takanori KIGUCHI, Minoru K. KUROSAWA, Hiroshi FUNAKUBO and Toyohiko. J. KONNO
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 127

    • NAID

      130007658172

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 非弾性散乱電子による厚いGaN結晶中の貫通転位の観察2018

    • 著者名/発表者名
      Kiguchi Takanori、Shiraishi Takahisa、Konno Toyohiko J.、Tanikawa Tomoyuki
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 57 号: 12 ページ: 615-615

    • DOI

      10.2320/materia.57.615

    • NAID

      130007538920

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 年月日
      2018-12-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Domain orientation relationship of orthorhombic and coexisting monoclinic phases of YO1.5-doped HfO2 epitaxial thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo, and Toyohiko J. Konno
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 11S ページ: 11UF16-11UF16

    • DOI

      10.7567/jjap.57.11uf16

    • NAID

      210000149825

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of polar phase in Fe-doped ZrO2 epitaxial thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi, Takahisa Shiraishi, Takanori Kiguchi, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo, and Toyohiko J. Konno
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 26 ページ: 262903-262903

    • DOI

      10.1063/1.5063757

    • 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] 非弾性散乱電子を利用した厚いGaN結晶中の貫通転位の観察(日本セラミックス協会第43回学術写真賞最優秀賞)2018

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀 ,兒玉裕美子, 谷川智之, 白石貴久,今野 豊彦, 前野宏志, 松村晶
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 10 ページ: 759-759

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 整合界面をもつ強誘電体薄膜のドメイン構造形成に及ぼす局所弾性場の影響2018

    • 著者名/発表者名
      木口 賢紀、舟窪 浩、今野 豊彦
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 57 号: 3 ページ: 97-105

    • DOI

      10.2320/materia.57.97

    • NAID

      130006410260

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain-induced nanostructure of Pb(Mg1/3Nb2/3)O-3-PbTiO3 on SrTiO3 epitaxial thin films with low PbTiO3 concentration2017

    • 著者名/発表者名
      Kiguchi, Takanori Fan, Cangyu Shiraishi, Takahisa Konno, Toyohiko J.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 56 号: 10S ページ: 10PB12-10PB12

    • DOI

      10.7567/jjap.56.10pb12

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the film thickness on the crystal structure and ferroelectric properties of (Hf 0.5 Zr 0.5 )O 2 thin films deposited on various substrates2017

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi Takahisa、Katayama Kiliha、Yokouchi Tatsuhiko、Shimizu Takao、Oikawa Takahiro、Sakata Osami、Uchida Hiroshi、Imai Yasuhiko、Kiguchi Takanori、Konno Toyohiko J.、Funakubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Materials Science in Semiconductor Processing

      巻: 70 ページ: 239-245

    • DOI

      10.1016/j.mssp.2016.12.008

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 組成相境界近傍のPZTエピタキシャル薄膜における微細構造(注目講演)2019

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀. 清水匠, 白石貴久, 今野豊彦
    • 学会等名
      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] 強誘電性ハフニア薄膜におけるドメイン構造のイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀、白石貴久、三村和仙、清水荘雄、舟窪浩、今野豊彦
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] PZT薄膜における組成相境界近傍のドメイン構造2019

    • 著者名/発表者名
      清水匠, 木口賢紀, 白石貴久, 今野豊彦
    • 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
  • [学会発表] PbTiO3/SrTiO3薄膜界面の急峻性に及ぼすドメイン形成の影響2019

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀, 清水匠, 白石貴久, 今野豊彦
    • 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
  • [学会発表] 直方晶相ハフニア薄膜におけるドメイン構造2019

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀、白石貴久、三村和仙、清水荘雄、舟窪浩、今野豊彦
    • 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
  • [学会発表] Electron Microscopic Study on Domain Structure in HfO2-based Thin Films2018

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Toyohiko J. Konno, Takao Shimizu, Takanori Mimura, and Hiroshi Funakubo
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM (IFAAP) Joint Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Defect structure analysis of N-polar InGaN/GaN quantum-well structure2018

    • 著者名/発表者名
      Takanori Kiguchi, Yumiko Kodama, Takahisa Shiraishi, Toyohiko J. Konno, and Tomoyuki Tanikawa
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] N極性InGaN/GaN量子井戸における構造の不均一性2018

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀, 兒玉裕美子, 白石貴久, 今野豊彦, 谷川智之
    • 学会等名
      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] 電子チャネリング挙動に着目した収差補正STEM像の解釈2018

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会・電子顕微鏡解析技術分科会 2018年夏の電子顕微鏡解析技術フォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電子顕微鏡によるワイドギャップ材料のマルチスケール欠陥評価2018

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀、白石貴久、今野豊彦、谷川智之
    • 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 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エピタキシャルCeO2-ZrO2薄膜の作製とその結晶構造評価2018

    • 著者名/発表者名
      白石 貴久、Sujin Choi、清水 荘雄、木口 賢紀、舟窪 浩、今野 豊彦
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] ZrO2 薄膜の結晶構造に対するドーパント効果2018

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi,白石 貴久,木口 賢紀,今野 豊彦,清水 荘雄,舟窪 浩
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2018年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Domain switching in epitaxial ferroelectric HfO2 films2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Shimizu, Takanori Mimura1, Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Akihiro Akama, Toyohiko J Konno, Osami Sakata, Hiroshi Funakubo
    • 学会等名
      The American Ceramic Society 2018 Conference on Electronic and Advanced Materials (EAM 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PbTiO3/SrTiO3エピタキシャル薄膜の界面構造2017

    • 著者名/発表者名
      木口 賢紀・範 滄宇・赤間 章裕・白石 貴久、舟窪浩、今野豊彦
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ZrO2薄膜による結晶構造へのドーパント効果2017

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi, 白石貴久,木口賢紀,今野豊彦
    • 学会等名
      第134回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] PbTiO3/SrTiO3界面における整合歪みの電子エネルギー損失分光2017

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀, 白石貴久, 赤間章裕, 舟窪浩, 今野豊彦
    • 学会等名
      第134回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] κ-Al2O3型薄膜の強誘電性に関する理論計算2017

    • 著者名/発表者名
      小西 綾子, 小川 貴史, Craig A. J. Fisher,桑原 彰秀,森分 博紀,片山 司, 安井 伸太郎, 谷山 智康, 伊藤 満, 木口 賢紀, 白 石 貴久, 赤間 章裕, 浜嵜 容丞
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] GaFeO3型マルチフェロイック材料のドメイン構造2017

    • 著者名/発表者名
      片山 司, 安井 伸太郎、濵嵜 容丞、森分 博紀、小西 綾子、木口 賢紀、白石 貴久、赤間 章裕、伊藤 満
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] ドーパント添加ZrO2エピタキシャル薄膜の結晶構造と電気特性調査2017

    • 著者名/発表者名
      Choi Sujin、白石貴久、清水 荘雄、舟窪 浩、木口 賢紀、今野 豊彦
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] 固相エピタキシー法による強誘電体HfO2 基薄膜の作製2017

    • 著者名/発表者名
      白石貴久、Choi Sujin、清水 荘雄、舟窪 浩、木口 賢紀、今野 豊彦
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] HfO2-ZrO2エピタキシャル薄膜における斜方晶相の安定性2017

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀、,白石 貴久、Sujin Choi,、舟窪 浩、今野 豊彦
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] The Effect of Elastic Fields Induced by Lattice Mismatch of PMN-PT Superlattice Thin films2017

    • 著者名/発表者名
      C. Fan, T. Kiguchi,T. Shiraishi, A. Akama, T. J. Konno
    • 学会等名
      8th International Conference on Electroceramics(ICE2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] PMN-PT 超格子薄膜中の弾性場が結晶構造に及ぼす影響2017

    • 著者名/発表者名
      範 滄宇, 木口賢紀, 白石貴久, 赤間章裕, 今野豊彦
    • 学会等名
      強誘電体応用会議 FMA34
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Stability of ferroelectric phase in epitaxial HfO2-based films2017

    • 著者名/発表者名
      Takano Mimura, Kiriha Katayama, Takao Shimizu, Takanori Kiguchi, Akihiro Akama,Toyohiko J. Konno, Osami Sakata, Hiroshi Funakubo
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF) International Workshop on Acoustic Transduction Materials and Devices (IWATMD) Piezoresponse Force Microscopy Workshop (PFM)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] PMN-PT超格子薄膜中の弾性場に起因した相安定性の変化2017

    • 著者名/発表者名
      範 滄宇, 木口賢紀、白石貴久、赤間章裕、今野豊彦
    • 学会等名
      第133回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 強誘電体薄膜における歪み界面構造の直視観察2017

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀、白石貴久、舟窪浩、今野豊彦
    • 学会等名
      第133回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 強誘電体HfO2基薄膜のドメイン構造とその熱的安定性2017

    • 著者名/発表者名
      白石貴久、Sujin Choi, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      第133回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ZrO2超薄膜の結晶構造に対するα-Fe2O3ドーパントの効果2017

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi, 白石貴久、木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      第133回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Limited Polarization Reversal in Ferroelectric/Ferrimagnetic κ-Al2O3-type Structured Materials2017

    • 著者名/発表者名
      S. Yasui, Tsukasa Katayama,Yosuke Hamasaki, Ayako Konishi, Hiroki Moriwake, Takahisa Shiraishi, Akihiro Akama, Takanori Kiguchi, Mitsuru Itoh
    • 学会等名
      MRS FallMeeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ZrO2 超薄膜の結晶構造に対するドーパント効果2017

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi, 白石 貴久,木口 賢紀,今野 豊彦,清水 荘雄,舟窪 浩
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第73回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 強誘電体エピタキシャル薄膜の界面構造2017

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀,範 滄宇,白石 貴久,舟窪 浩,今野 豊彦
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第73回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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