| 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 |
16H06418
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
伊藤 智徳 三重大学, 工学研究科, 教授 (80314136)
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| 研究分担者 |
秋山 亨 三重大学, 工学研究科, 准教授 (40362363)
平松 和政 三重大学, 工学研究科, 教授 (50165205)
河村 貴宏 三重大学, 工学研究科, 助教 (80581511)
寒川 義裕 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90327320)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | 計算科学 / 特異構造 / 特異構造場 / 窒化物混晶半導体 / 偏析 / 組成変調 / 転位 / 超格子 |
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| 研究実績の概要 |
平成28年度は，バルク中の特異構造基（以下「基」）と特異構造場（以下「場」）の相互作用による特異構造形成（以下「構造」）に注目して，転位芯周囲の原子配列と電子状態（下記 （１））および超格子中の組成変調に注目した検討（下記（２））を行うとともに，次年度以降の特異構造場としての表面，界面での特異構造形成検討に向けた，新規計算手法の開発（下記（３）および（４））に重点を置いた研究を実施した。さらにGaN，AlN薄膜の高品質化に向けた実験的検討を行った（下記（５））。具体的には，（１）第一原理計算により，AlGaN，InGaN中の転位芯「場」近傍の原子配置「構造」に起因した電子状態の出現を予測し，非発光中心として機能することを明らかにした。（２）原子間ポテンシャルと熱力学計算により，界面「場」による格子拘束に起因する組成引き込み効果が，結晶成長過程においてInGaN超格子中の組成変調「構造」をもたらすことを予測した。（３）表面および界面における「構造」の安定性を定量的に評価するための量子論的界面エネルギー計算手法の開発を行い，SiC基板と窒化物半導体との界面に適用し，その安定「構造」および発現する極性の物理的起源を解明した。（４）量子論的アプローチと熱力学解析を融合することで，表面再構成構造を取り込んだ，窒化物半導体成長検討を可能とする新たなMOVPE成長シミュレーション手法を開発し，極性，半極性，無極性表面を含む面方位による成長の差違を予測するとともに，既報の実験結果を再現することに成功した。（５）溝加工GaN基板上GaN成長で出現するファセット構造「場」に注目し，転位，積層欠陥伝搬制御に成功するとともに，高温アニールによるAlN薄膜の結晶性向上を実現した。なお上記（２）の成果は，A01-4班ならびにポーランド科学アカデミー高圧物理学研究所との国際共同研究によるものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画にある特異構造の安定性に関する検討が進展するとともに，学術論文，国際会議，学会における成果発表，国際共同研究の実施等，研究展開を着実に行っている。さらに平成29年度実施予定の「表面、界面，ナノ構造における特異構造創成の理論的検討」に向けた新規計算手法を開発するとともに，手法適用に関する予備的成果も得ることができた。これにより，実験グループの成果ならびに得られた知見と直接比較検討しうる基盤を構築しえたことから，研究の進捗はおおむね順調であると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度新たに開発した量子論的界面エネルギー計算手法およびMOVPE成長シミュレーション手法をの各種窒化物半導体への適用を図るとともに，特に実験グループとの連携を志向した研究展開へと移行する。具体的にはサファイア基板上AlN極性反転現象解明（A01-2班と連携），InGaN系組成引き込み，AlN系における不純物取り込み（A01-4班と連携），AlInN系における組成変調と光物性制御指針（B02-2班）に関する研究を実施する。またポーランド科学アカデミー高圧物理学研究所に若手研究者２名（助教，博士学生各１名）を派遣することで，国際共同研究の一層の推進を図る。
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