極広域分光による窒化物半導体ナノデバイス構造の精密評価

2010 年度 研究成果報告書

• 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: 18069002
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 吉川 明彦 千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20016603)
• 研究分担者: 石谷 善博 千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60291481) ; 崔 成伯 千葉大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00361410)
• 連携研究者: 草部 一秀 千葉大学, 大学院・工学研究科, 特任准教授 (40339106)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2010
• キーワード: 窒化物半導体 / 窒化インジウム / 極広域分光 / キャリアダイナミクス / 表面・界面物性 / ナノ構造デバイス / MBEエピタキシャル / 超格子 / 擬似混晶

研究概要

窒化物半導体は,原理的に波長約0.2μmの紫外から約2μmの赤外までの光デバイスに応用可能である.未だに困難な赤や赤外域の長波長側へのデバイス利用波長域拡大のため,我々は極広域分光によりナノ構造評価,キャリアダイナミクス評価を行い,(1)p型伝導化の成功と正孔物性の解明、(2)p型・n型での非輻射再結合過程の活性化エネルギーやメカニズムの違いの解明,(3)"SMART"超構造と名付けた(InN)_m/(GaN)_n短周期超格子による欠陥低減とそれによるpn接合特性改善提案,および本短周期超格子系の実現性確認等の成果を得た.

研究成果

• [雑誌論文] Carrier recombination processes in Mg-doped N-polar InN films (2011)
  • 著者名/発表者名: D.Imai, Y.Ishitani, M.Fujiwara, X.Q.Wang, K.Kusakabe, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 98 ページ: 181901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent advances and challenges for successful p-type control of InN films with Mg acceptor doping by molecular beam epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, X.Wang, Y.Ishitani, A.Uedono
  • 雑誌名: phys.stat.sol.(a) 207(5) ページ: 1011-1023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacancy-type defects in Mg-doped InN probed by means of positron annihilation (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Uedono, X.Wang, Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他5名
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 105 ページ: 054507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lattice polarity detection of InN by circular photogalvanic effect (2009)
  • 著者名/発表者名: Q.Zhang, X.Wang, Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他6名
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 95 ページ: 031902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Search for free holes in InN : Mg-interplay between surface layer and Mg-acceptor doped interior (2009)
  • 著者名/発表者名: L.H.Dmowski, X.Wang, A.Yoshikawa, 他8名
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 105 ページ: 123713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advances in InN epitaxy and its material control by MBE towards novel InN-based QWs (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, S.B.Che, Y.Ishitani, X.Wang
  • 雑誌名: J.Crystal Growth 311(7) ページ: 2073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Asymmetric GaN/InN/InGaN/GaN Quantum-Well Light Emitting Diodes for Reducing the Quantum-Confined Stark Effect in the Blue-Green Region (2009)
  • 著者名/発表者名: S.B.Che, A.Yuki, H.Watanabe, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Applied Physics Express 2 ページ: 021001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier recombination processes in In-polar n-InN in regions of low residual electron density (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, K.Kato, H.Ogiwara, S.B.Che, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: 106 ページ: 113515
  • 査読あり
• [雑誌論文] InNの結晶欠陥とキャリアダイナミクス (2009)
  • 著者名/発表者名: 石谷善博, 藤原昌幸, 吉川明彦
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 36 ページ: 45
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bowing of the band gap pressure coefficient in In_xGa_<1-x>N alloys (2008)
  • 著者名/発表者名: G.Franssen, Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他10名
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 103 ページ: 033514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proposal of Novel Structure Light Emitting Devices Consisting of InN/GaN MQWs with Ultrathin InN Wells in GaN Matrix (2008)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, S.B.Che
  • 雑誌名: International Journal of High Speed Electronics and Systems 18 ページ: 993
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hole mobility in Mg-doped p-type InN films (2008)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 92 ページ: 132108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of novel monolayer InN quantum wells in a GaN matrix (2008)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, Y.Ishitani, X.Wang, 他3名
  • 雑誌名: J.Vac.Sci.Tech. B26 ページ: 1551
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared analysis of Mg-doped p-type InN films (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Fujiwara, Y.Ishitani, X.Wang, S.B.Che, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 93 ページ: 231903
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic damping of longitudinal optical phonon-plasmon coupling modes of InN films (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, M.Fujiwara, X.Wang, S.B.Che, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 92 ページ: 251901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of electron distribution in InN films on infrared reflectance spectrum of longitudinal optical phonon-plasmon interaction region (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, X.Wang, S.B.Che, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 103 ページ: 053515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic study on p-type doping control of InN with different Mg concentrations in both In and N polarities (2007)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 91 ページ: 242111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and properties of coherent-structure In-polarity InN /In_<0.7>Ga_<0.3>N multi-quantum wells emitting at around 1.55μm (2007)
  • 著者名/発表者名: S.B.Che, T.Mizuno, X.Wang, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 102 ページ: 083539
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarity inversion in high Mg-doped In-polar InN epitaxial layers (2007)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa, H.Sasaki, T.Shinagawa, S.Yoshida
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 91 ページ: 081912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and properties of Mg-doped In-polar InN films (2007)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: 201913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Threading dislocations in In-polar InN films and their effects on surface morphology and electrical properties (2007)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: 151901
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ spectroscopic ellipsometry and RHEED monitored growth of InN nanocolumns by molecular beam epitaxy (2007)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 301/302 ページ: 496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proposal and achievement of novel structure InN/GaN multiple quantum wells consisting of one monolayer and fractional monolayer InN wells inserted in GaN matrix (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, S.B.Che, W.Yamaguchi, H.Saito, X.Wang, Y.Ishitani, E.S.Hwang
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: 073101
  • 査読あり
• [雑誌論文] InN系窒化物半導体のエピタキシ制御とナノ構造作製 (2007)
  • 著者名/発表者名: 吉川明彦, 他2名
  • 雑誌名: 応用物理 76 ページ: 482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadening factors of E1(LO) phonon-plasmon coupled modes of hexagonal InN investigated by infrared reflectance measurements (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, T.Ohira, X.Q.Wang, S.B.Che, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Physical Review B 76 ページ: 045206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of precise control of V/III ratio on In-rich InGaN epitaxial growth (2006)
  • 著者名/発表者名: S.B.Che, T.Shinada, T.Mizuno, X.Wang, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: L1259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Step-flow growth of In-polar InN by molecular beam epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: L730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of epitaxial temperature on N-polar InN films grown by molecular beam epitaxy (2006)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 90 ページ: 73512
  • 査読あり
• [学会発表] Electron and hole scattering dynamics in InN films investigated by infrared measurements (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他4名
  • 学会等名: European Material Research Society Spring Meeting
  • 発表場所: Nice, France
  • 年月日: 20110509-20110514
• [学会発表] Proposal of novel asymmetric structure GaN/1ML-InN/InGaN/GaN QWs for III-N based next generation high efficiency solar cells (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: 19th European Workshop on Heterostructure Technology : HETECH
  • 発表場所: Fodele, Crete, Greece
  • 年月日: 20101018-20101020
• [学会発表] Carrier scattering and non-radiative recombination properties of n-type and p-type InN films (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他5名
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors, L1.9
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Mg impurity level in highly doped p-type InN studied by temperature dependence of infrared spectra (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Fujiwara, Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors, L1.2
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Quasi-ternary multi-junction solar cells with magic numbers (n,m) (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors, J2.8
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Novel one monolayer-InN/InGaN/GaN asymmetric structure QWs for next generation high efficiency solar cells (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他3名
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Crystal Growth (ICCG-16)
  • 発表場所: Beijing International Convention Center, Beijing, China
  • 年月日: 20100808-20100813
• [学会発表] Asymmetric structure GaN/1ML-InN/InGaN/GaN QWs and its application for next generation high efficiency solar cells (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: 18^<th> International Symposium on Nanostructures : Physics and Technology
  • 発表場所: St.Petersburg Academic University, St.Petersburg, Russia
  • 年月日: 20100621-20100626
• [学会発表] Spectroscopic ellipsometry study for achieving superfine-structure one monolayer-thick InN/GaN-matrix QWs by MBE (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他3名
  • 学会等名: 5^<th> International Conference on Spectroscopic Ellipsometry (ICSE-V)
  • 発表場所: State University of New York, Albany NY, USA
  • 年月日: 20100523-20100528
• [学会発表] Asymmetric Structure GaN/InN/InGaN/GaN QWs for Next Generation High Efficiency Solar Cells and Novel Light Emitters (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: Advanced Workshop on "Frontiers in Electronics" (WOFE 09)
  • 発表場所: Rincon, Puerto Rico
  • 年月日: 20091213-20091216
• [学会発表] Deterioration of electronic and radiative properties in n- and p-type InN films by edge-type dislocations (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他3名
  • 学会等名: 8^<th> International Symposium on Nitride Semiconductors, FF3
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20091018-20091023
• [学会発表] Growth of novel one-monolayer-InN/GaN-matrix nanostructure (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa
  • 学会等名: Workshop on "Physics of nitride-based nanostructured light-emitting devices"
  • 発表場所: Univ.of Bremen, Germany
  • 年月日: 20090930-20091002
• [学会発表] Proposal of III-N-based Novel Next generation Solar Cells and Novel Blue-Green Light Emitters (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: 11th Int.Conference on Advanced Materials (ICAM 2009), Symposium M "Frontiers in Photonics & Photovoltaic Materials and Process"
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 20090923-20090925
• [学会発表] Recent Advances and Challenges for successful p-type control of InN films with Mg acceptor doping by MBE (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他3名
  • 学会等名: 2009 European Material Research Society (E-MRS 2009) Fall Meeting,"A : InN material and alloys"
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 20090914-20090918
• [学会発表] Monolayer growth of InN on GaN and its potential application ton novel LEDs/LDs (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: 2009 European Material Research Society (E-MRS 2009) Spring Meeting
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20090608-20090612
• [学会発表] Proposal and achievement of novel visible-range optoelectronic devices based on 1 and 2 monolayer-thick InN QWs in GaN matrix (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: The International Society for Optical Engineering (SPIE) Photonics West : Gallium Nitride Materials and Devices IV
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 20090126-20090129
• [学会発表] Hole density and anisotropic mobility of Mg-doped InN from the analysis of LO phonon - hole plasmon coupling properties (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他3名
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Montreux, Switzerland
  • 年月日: 20081006-20081010
• [学会発表] Study on p-type dopability and polarity inversion in Mg-doped In-polar InN (2007)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa
  • 学会等名: 7^<th> International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 20070916-20070921
• [学会発表] 1.55μm emission from In-polarity InN/In_<0.7>Ga_<0.3>N multi-quantum wells at room temperature (2006)
  • 著者名/発表者名: S.B.Che, Y.Ishitani, A.Yoshikawa, 他2名
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2006
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20061022-20061027
• [学会発表] Proposal of a new fine structure of InN/GaN MQWs : One monolayer and fractional monolayer InN wells in GaN barriers (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, Y.Ishitani, 他3名
  • 学会等名: Physics of Light Matter Coupling in Nanostructures
  • 発表場所: Magdeburg, Germany
  • 年月日: 20060925-20060929
• [図書] Wide bandgap semiconductors(K.Takahashi, A.Yoshikawa, A.Sandhu編集) (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Yoshikawa, Y.Ishitani, 他66名
  • 総ページ数: 460(1-11,407-414,36-41)
  • 出版者: Springer Berlin
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.semi.te.chiba-u.jp
• [産業財産権] 光電変換装置 (2011)
  • 発明者名: 吉川明彦、石谷善博、草部一秀
  • 権利者名: 吉川明彦、石谷善博、草部一秀
  • 産業財産権番号: PCT出願,PCT/JP2011/055882
  • 出願年月日: 2011-03-14
• [産業財産権] 光電変換装置 (2010)
  • 発明者名: 吉川明彦、石谷善博、草部一秀
  • 権利者名: 吉川明彦、石谷善博、草部一秀
  • 産業財産権番号: PCT出願,PCT/JP2010/63336
  • 出願年月日: 2010-08-05
• [産業財産権] 光電変換装置 (2010)
  • 発明者名: 吉川明彦、石谷善博、草部一秀
  • 権利者名: 吉川明彦、石谷善博、草部一秀
  • 産業財産権番号: PCT出願,PCT/JP2010/63335
  • 出願年月日: 2010-08-05
• [産業財産権] 半導体薄膜の形成方法およびその方法を用いて製造された半導体薄膜付き基板およびその半導体薄膜付き基板を用いた半導体デバイス (2008)
  • 発明者名: 吉川明彦, 他
  • 権利者名: 吉川明彦, 他
  • 産業財産権番号: 特許,4187422
  • 取得年月日: 2008-09-19