| 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, 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 / 窒化物半導体 / 極性反転 / 組成変調 / 自然超格子 / 量子ドット |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度は，前年度に開発，導入した計算手法を実験グループとの共通検討課題に適用し，妥当性を検証するとともに，実験グループとの連携研究を中心に実施した。具体的には，A01-2班（三宅グループ）との連携研究として，（１）GaN表面のファセット形成，（２）AlN界面の極性反転等の個別課題について，さらにB02-2班（秩父グループ）との連携研究として，（３）AlInN成長過程での複合課題について検討を進めた。また（４）III族窒化物における原子層物質形成可能性について検討を行った。以下に詳細を示す。
（１）表面における特異構造安定性を定量的に評価するための表面エネルギー計算手法を，GaN半極性表面に適用，安定性を評価することで，低H2圧力下では{11-20}]面が，高H2圧力下では{11-22}面が安定化されることを見いだし，MOVPE成長における表面ファセット形成の実験結果と一致する結果を得た。
（２）界面における特異構造安定性を定量的に評価するための界面エネルギー計算手法を，前年度検討したSiC基板に加え，新たにAlN基板上での極性反転および酸素起因極性反転へと適用して，その物理的起源を明らかにした。また，さらに温度および圧力の関数として状態図を作成することにより，実験結果と計算結果を直接的に比較することに成功した。
（３）非平衡量子熱力学を結晶成長素過程解析に世界で初めて適用し，窒化物半導体表面上でのNH3の付着係数の時間発展を明らかにし，AlInN薄膜形成初期の疑似格子整合領域において新奇特異構造としての自然超格子形成の可能性，成長温度領域でも有為な規則度が保たれることを見いだした。
（４）Ag(111)基板上のIII族窒化物における2次元原子層物質形成の臨界膜厚を評価し，膜厚はイオン性に依存して変化すること，GaNに比べてAlN，InNがより安定であることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初計画にある特異構造の安定性に関する検討に加えて，新規計算手法の開発，導入を実施するとともに，特に実験グループとの連携を進めて着実に成果を得ている。これら今年度研究実績の基盤となる表面構造状態図に基づく解析については，海外開催国際会議２件，国内学会，研究会（応用物理学会他）６件の招待講演を実施する等，全般的に高い評価を得ている。
さらに研究実績（３）の成果は，非平衡量子熱力学の結晶成長への適用が国際共著論文としてオープンアクセス誌（Materials）に公表，第46回結晶成長国内会議に於いて学生ポスター賞を受賞している。また新奇特異構造としての自然超格子形成に関する成果は，国際会議（LEDIA'18）における招待講演に選ばれ，第9回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会において発表奨励賞受賞に至っており，特筆すべき成果として当初計画以上に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，これまでの検討に加えて新たに（１）非平衡量子熱力学の「不純物混入の物理モデル構築」への適用，（２）様々な面方位あるいは表面でのステップ形成を考慮した「表面、界面、ナノ構造における特異構造創成の検討」を，計算手法の開発とともに推進する予定である。また，実験グループとも緊密に連携しながら，これら特異構造創成指針の確立に注力する。さらに，第一原理計算，統計力学，非平衡量子熱力学に基づいた，実験グループとの協働による新学理構築への研究プラットフォーム構築に向けた検討を開始する。
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