| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04531
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
木口 賢紀 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | GaN / InGaN / 貫通転位 / STEM / α-In2O3 / 準安定相 / 転位芯 / 積層欠陥 / In2O3 / 転位 / 歪み / 電子顕微鏡 / Cu3N / 界面構造 / 格子欠陥 / Ga2O3 / 弾性場 / 量子井戸構造 / 電子状態 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、第1期公募研究で得られたInGaN単一量子井戸構造成果を発展させて、貫通転位、積層欠陥、ヘテロ界面の不整合歪みなどの結晶の非完全性がもたらす局所弾性場が、電子・光学デバイスの要である量子井戸構造に及ぼす影響を局所構造・電子状態やマクロな形態をマルチスケールで調べると共に、窒化物よりも結晶の非完全性の大きなGa2O3酸化物半導体における特異構造（貫通転位、双晶など）へ上記の研究手法を展開することによって、特異構造に付随した弾性場を活用した窒化物・酸化物半導体新機能発現・新デバイス創製のための「特異構造の結晶科学」の学術的な展開を目指す。
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| 研究実績の概要 |
窒化物・酸化物半導体薄膜では、転位など格子欠陥やエピタキシャル成長に伴う残留歪みといった特異構造に付随する周期性や結合状態の乱れやそれらの空間的な分布状態は結晶成長や発光デバイスやパワーエレクトロニクスの性質に大きな影響を及ぼす。本研究では、貫通転位に代表される結晶の非完全性がもたらす局所弾性場が発光デバイスの要である量子井戸構造に及ぼす影響を局所構造・電子状態やマクロな形態をマルチスケールで調べ、非破壊3次元構造解析グループと相補的な立場から特異構造の解明に取り組んだ。
従来、In2O3はBixbyite相が安定相であり、気相法を利用してもサファイア基板上に準安定Corundum相のIn2O3薄膜を直接成長させることができず、バッファ層を必要とした。しかし、ミストCVD法を使って塩酸濃度を最適化することによって、バッファ層なしでもCorundum相単相をエピタキシャル成長することに成功し、収差補正STEM法により薄膜／基板間の半整合界面、ミスフィット転位の構造を原子レベルで明らかにし、結晶成長メカニズムについて検討した。
また、InGaNの結晶成長におけるGaNテンプレート相の極性や低温バッファ層の厚さが、貫通転位の形成機構の違い、N極性で問題となるヒロック構造の形成における貫通転位の影響を収差補正STEM法による平面・断面観察により明らかにした。特に、InGaN/GaN積層構造の平面STEM観察により貫通転位の転位芯構造を原子分解能で解明し、a転位、a+c転位, c転位の構造を明らかにした。
以上の様に、本研究では酸化物・窒化物ワイドギャップ半導体の結晶成長や組織形成に及ぼす転位や界面の構造を明らかにし、結晶成長における役割を検討した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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