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2009 年度 実績報告書

III族窒化物半導体の点欠陥と発光ダイナミックスの研究

計画研究

研究領域窒化物光半導体のフロンティア-材料潜在能力の極限発現-
研究課題/領域番号 18069001
研究機関筑波大学

研究代表者

上殿 明良  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (20213374)

研究分担者 秩父 重英  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
押山 淳  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80143361)
白石 賢二  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (20334039)
キーワードGaN / AlN / InN / 点欠陥 / 光学測定 / 第一原理計算 / 陽電子消滅 / 非輻射再結合
研究概要

本研究の目的は,陽電子消滅,時間・空間分解分光法,第一原理計算等を用いてIII族窒化物半導体の点欠陥の特性を明らかにし,同半導体の光学的特性向上に寄与することにある.減圧有機金属気相エピタキシャル(MOVPE)法により成長した高品質Al_xGa_<l-x>N(厚さ約1μm)について,低速陽電子ビームを用いて,陽電子・電子消滅γ線ドップラー拡がり測定を行った.得られた結果と第一原理計算によるシミュレーション結果と比較することにより,試料中の欠陥の同定を行った.この結果,AlNモル分率が50%を越すとxの増加に対して空孔が導入される傾向にあり,かつその空孔はAl空孔ないしはその複合体であることがわかった.以上に加えて,アンモニアソース分子線エピタキシーおよびMOVPE法によりxを0から1まで変化させた100-400nm厚のm面Al_xGa_<1-x>N薄膜を自立GaN基板に成長し,室温の陰極線励起発光スペクトルにおけるバンド端(NBE)発光ピークの偏光比を定量化した.得られた偏光比は,歪が価電子帯のエネルギー状態に及ぼす影響をハミルトニアン計算から得た半理論予測結果と良く一致した.観測された発光ピークは,NBE発光およびc面積層欠陥(BSF)に関連した発光,a面積層欠陥(PSF)に関連した発光,Al空孔に関連した発光(ないしは混晶ではAl空孔とGa空孔の可能性はある),MOVPE成長m面AlNのみに観測されるAl空孔と酸素ないしはSiドナーとの複合体,III族空孔と酸素の複合体に起因するものとそれぞれ同定した.

  • 研究成果

    (41件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (27件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Identification of extremely radiative nature of AlN by time-resolved photoluminescence2010

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma, et al.
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett.

      巻: 96 ページ: 061906(1-3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of V/III flux ratio on luminescence properties and defect formation of Er-doped GaN2010

    • 著者名/発表者名
      S.Chen, et al.
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett.

      巻: 96 ページ: 051907(1-3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Light polarization characteristics of m-plane Al_xGa_<1-x>N films sufferingfrom in-plane anisotropic tensile stresses2010

    • 著者名/発表者名
      K.Hazu, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 107 ページ: 033701(1-6)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence and positron annihilation studies on Mg-dopednitrogen-polarity semipolar (10-1-1) GaN heteroepitaxial layersgrown by metalorganic vapor phase epitaxy2010

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma, et al.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 96 ページ: 091913(1-3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between defects and optical properties in Er-doped GaN2009

    • 著者名/発表者名
      S.Chen, et al.
    • 雑誌名

      J.Crystal Growth

      巻: 311 ページ: 3097-3099

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Point defects in group-III nitride semiconductors studied by positron annihilation2009

    • 著者名/発表者名
      A.Uedono, et al.
    • 雑誌名

      J.Crystal Growth

      巻: 311 ページ: 3075-3079

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal stability of semi-insulating property of Fe-doped GaN bulk films studied by photoluminescence and monoenergetic positron annihilation techniques2009

    • 著者名/発表者名
      M.Kubota, et al.
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys.

      巻: 105 ページ: 083542(1-9)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First principles studies on In-related nitride semiconductors.2009

    • 著者名/発表者名
      T.Obata, et al.
    • 雑誌名

      J.Cryst.Growth

      巻: 311 ページ: 2772-2775

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural, Optical, and Homoepitaxial Studies on the Bulk GaN Single Crystals Spontaneously Nucleated by the Na-flux Method2009

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma, et al.
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 2 ページ: 0910041-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonpolar and Semipolar Group III Nitride-Based Materials2009

    • 著者名/発表者名
      J.S.Speck, S.F.Chichibu
    • 雑誌名

      MRS Bulletin

      巻: 34 ページ: 304-309

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 陽電子消滅による窒化物光半導体の点欠陥の評価2009

    • 著者名/発表者名
      上殿明良
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌(総合報告)

      巻: 36 ページ: 155-165

    • 査読あり
  • [雑誌論文] III族窒化物半導体(Al, Ga)Nにおける発光特性と点欠陥の相関関係2009

    • 著者名/発表者名
      秩父重英, 上殿明良
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌(総合報告)

      巻: 36 ページ: 166-177

    • 査読あり
  • [学会発表] パルス電子線を用いた窒化物半導体のピコ秒時間分解分光計測(1)-パルス電子線発生とGaN計測-2010

    • 著者名/発表者名
      秩父重英
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚市)
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] パルス電子線を用いた窒化物半導体のピコ秒時間分解分光計測(2)-MOVPE成長AlNの時間分解PLとの比較-2010

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚市)
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] パルス電子線を用いた窒化物半導体のピコ秒時間分解分光計測(3)-MOVPE成長高AlNモル分率AlGaNの時間分解CL計測-2010

    • 著者名/発表者名
      羽豆耕治
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚市)
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] パルス電子線を用いた窒化物半導体のピコ秒時間分解分光計測(4)-MOVPE成長m面InGaN薄膜の時空間同時分解計測-2010

    • 著者名/発表者名
      加賀谷宗仁
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚市)
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] 自立GaN基板へのm面Al_<1-x>In_xN薄膜のMOVPE成長2010

    • 著者名/発表者名
      秩父重英
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(平塚市)
    • 年月日
      2010-03-17
  • [学会発表] Impacts of point defects on the luminescence properties of (Al,Ga)N2010

    • 著者名/発表者名
      S.F.Chichibu
    • 学会等名
      The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Photonics West 2010, OPTO, Gallium Nitride Materials and Devices V
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2010-01-25
  • [学会発表] NH_3-source molecular beam epitaxy of m-plane Al_xGa_<1-x>N films on low defect density free-standing GaN substrate2009

    • 著者名/発表者名
      K.Hazu
    • 学会等名
      The 2nd French Research Organizations-Tohoku University Joint Workshop on Frontier Materials
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Exciton spectra of AlN epilayers grown by metalorganic vapor phase epitaxy2009

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma
    • 学会等名
      The 2nd French Research Organizations-Tohoku University Joint Workshop on Frontier Materials
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] AlNエピタキシャル薄膜における励起子発光機構2009

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀
    • 学会等名
      電子情報通信学会レーザ・量子エレクトロニクス研究会/電子デバイス研究会/電子部品・材料研究会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
    • 年月日
      2009-11-19
  • [学会発表] 陽電子消滅法を用いた材料解析-材料不良解析への応用-2009

    • 著者名/発表者名
      上殿明良
    • 学会等名
      X線分析研究懇談会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府大阪市)(招待講演)
    • 年月日
      2009-11-05
  • [学会発表] Time-resolved photoluminescence study of AlN epilayers grown by low-pressure metalorganic vapor phase epitaxy2009

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2009-10-22
  • [学会発表] Spatially-resolved cathodoluminescence study on m-plane Al_xGa_<1-x>N films grown on m-plane free-standing GaN substrates2009

    • 著者名/発表者名
      S.F.Chichibu
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2009-10-22
  • [学会発表] Polarization properties of m-plane Al_xGa_<1-x>N films suffering from in-plane anisotropic stress2009

    • 著者名/発表者名
      K.Hazu
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2009-10-21
  • [学会発表] Capability of the bulk GaN single crystals spontaneously nucleated by the Na-flux method as an homoepitaxial substrate2009

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Nitride Semiconductors(ICNS-8)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2009-10-19
  • [学会発表] Proposal of droplet elimination process by radical beam irradiation for reproducible growth of high-quality InN and InGaN2009

    • 著者名/発表者名
      T.Yamaguchi
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-8)
    • 発表場所
      Jeju, Korea(招待講演)
    • 年月日
      2009-10-18
  • [学会発表] Recent advances and challenges for successful p-type control of InN films with Mg acceptor doping by molecular beam epitaxy2009

    • 著者名/発表者名
      A.Yoshikawa
    • 学会等名
      E-MRS 2009 Fall Meeting
    • 発表場所
      Warsaw University of Technology, Poland(招待講演)
    • 年月日
      2009-09-14
  • [学会発表] Time-resolved photoluminescence studies of excitons in AlN epilayers grown by metalorganic vapor phase epitaxy2009

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma
    • 学会等名
      The 36th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2009)
    • 発表場所
      Santa Barbara, CA, USA
    • 年月日
      2009-09-02
  • [学会発表] Optical Properties of m-plane (In,Ga) N Films Grown by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy2009

    • 著者名/発表者名
      T.Onuma
    • 学会等名
      International Symposium of post-silicon materials and devices research alliance project
    • 発表場所
      Osaka University Osaka, Japan
    • 年月日
      2009-09-02
  • [学会発表] NH_3-MBE成長m面Al_xGa_<1-x>N薄膜の空間分解陰極線蛍光評価2009

    • 著者名/発表者名
      秩父重英
    • 学会等名
      2009年秋季第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山県富山市)
    • 年月日
      2009-08-10
  • [学会発表] m面Al_xGa_<1-x>N薄膜の偏光特性の面内異方性歪依存性2009

    • 著者名/発表者名
      羽豆耕治
    • 学会等名
      2009年秋季第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山県富山市)
    • 年月日
      2009-08-10
  • [学会発表] AlN薄膜の時間分解フォトルミネッセンス2009

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀
    • 学会等名
      2009年秋季第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山県富山市)
    • 年月日
      2009-08-10
  • [学会発表] 陽電子消滅を用いたAlNの点欠陥と光学特性の研究2009

    • 著者名/発表者名
      窪田翔二
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学(富山県富山市)
    • 年月日
      2009-08-09
  • [学会発表] Theoretical calculations of positron states and annihilation parameters in group-III nitride semiconductors2009

    • 著者名/発表者名
      S.Ishibashi, A.Uedono
    • 学会等名
      25th International Conference on Defects in Semiconductors
    • 発表場所
      St Petersburg, Russia
    • 年月日
      2009-06-20
  • [学会発表] 非極性面窒化物半導体エピタキシャル薄膜成長の課題と光学遷移過程の特徴2009

    • 著者名/発表者名
      秩父重英
    • 学会等名
      日本結晶成長学会ナノエピ分科会第1回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都小金井市)(招待講演)
    • 年月日
      2009-05-16
  • [学会発表] NH_3ソースMBE法による非極性m面自立GaN基板上へのAl_xGa_<1-x>N成長2009

    • 著者名/発表者名
      羽豆耕治
    • 学会等名
      日本結晶成長学会ナノエピ分科会第1回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都小金井市)
    • 年月日
      2009-05-16
  • [学会発表] MOVPE成長低転位AlN薄膜の励起子スペクトル2009

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀
    • 学会等名
      日本結晶成長学会ナノエピ分科会第1回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都小金井市)
    • 年月日
      2009-05-16
  • [学会発表] Polarization properties of m-plane Al_xGa_<1-x>N films suffering from in-plane anisotropic stress2009

    • 著者名/発表者名
      K.Hazu, et al.
    • 学会等名
      9th International Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures (PLMCN9)
    • 発表場所
      Lecce, Italy
    • 年月日
      2009-04-20
  • [図書] Technology of Gallium Nitride Crystal Growth, edited by D.Ehrentraut, E.Meissner, and M.Bockowski "Chapter 13, Optical properties of GaN substrates", pp.277-293. ISBN 978-3-642-04828-9 e-ISBN 978-3-642-04830-22009

    • 著者名/発表者名
      S.F.Chichibu
    • 総ページ数
      17, 326
    • 出版者
      Springer Series in Materials Sciences, 2009
  • [備考] 秩父重英,第41回市村学術賞(功績賞)受賞「Inを含む窒化物半導体混晶の光物性研究」

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公開日: 2012-07-19  

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