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2018 年度 実績報告書

ヘテロエピタキシャル成長プラットホーム実現に関する基礎的検討

研究課題

研究課題/領域番号 15H03558
研究機関名城大学

研究代表者

成塚 重弥  名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)

研究分担者 上山 智  名城大学, 理工学部, 教授 (10340291)
丸山 隆浩  名城大学, 理工学部, 教授 (30282338)
清水 一男  静岡大学, イノベーション社会連携推進機構, 准教授 (90282681)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワードヘテロエピタキシャル成長 / マイクロチャンネルエピタキシー / グラフェンマスク / 転位低減化 / CBE / 応力低減 / 横方向成長
研究実績の概要

本年度は、昨年度の懸案事項であったケミカルビームエピタキシー(CBE)の修理も完了し、グラフェンマスクを用いたGaNの横方向成長におこなうなど、順調に研究課題を遂行できた。以下、項目別に本年度の研究実績の概要を説明する。
【グラフェンマスクを用いたGaNマイクロチャンネルエピタキシー】 転写マスクを用いたグラフェンマスクの作製方法の確立の後、CBEによるGaNの低角入射マイクロチャンネルエピタキシー(LAIMCE)をおこなった。転写回数の制御により、単層グラフェンマスク、多層グラフェンマスクを作り分け、それぞれがGaN LAIMCEに与える影響を比較検討した。その結果、多層グラフェンマスクを用いた場合は、SiO2などの他のマスクとほぼ同様な横方向成長領域が得られるのに対し、単層グラフェンマスクを用いた場合はマスク上へのGaN結晶核が生じるものの、横方向成長幅は大きく拡大するという興味深い現象を発見した。さらに、2光子フォトルミネッセンス測定により横方向成長層を評価したところ、発光強度の大幅な増強が見られ、結晶の品質改善が認められた。
【a面GaN LAIMCEを用いたLEDの試作】 本年度はCBEによるGaN LAIMCE成長に集中したため、LEDの作製までには至らなかった。今後、低転位a面テンプレート基板の作製をおこない、a面GaNを用いた高出力LEDの試作をおこないたい。
【CBE装置の修理】 TMGのベントラインの排気系を不純物の吸引に強い油拡散ポンプを用いたものに変更し、CBE装置の修理・立ち上げ作業をおこなった。その結果、CBE装置を安定して動作できるようになり、上記にあるようにGaN LAIMCE成長等にも成功出来た。

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

研究実績の概要でも示したとおり、CBE装置の修理に成功し安定したGaNの成長が可能となった。その結果、グラフェンマスクを用いたGaNの横方向成長に成功するなど、本研究課題の研究を大きく前進させることが出来たため。

今後の研究の推進方策

本年度は以下に示す4つの課題について中心的に研究をおこない、本研究の最終年度として研究成果をまとめていく。
【グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシー】 グラフェンマスクを用いたGaNマイクロチャンネルエピタキシーの成功を受け、本年は隣接する成長層を結合させることによる平坦化を試みる。この時、結合部での転位発生の低減も試みる。
【グラフェンマスクの層数と成長層の配向性の関係】 グラフェンマスクを用いたマイクロチャンネルエピタキシーの結果、グラフェンマスクの層数により横方向成長量および選択成長度合いに違いが現れた。本年度はこのような違いが生じる原因の解明に関し実験を進める。さらに、グラフェンマスクを用いた場合、成長島の配向性に与える影響についても調べる。
【グラフェンマスクを用いた横方向成長層中の歪みの観察】 グラフェンマスクを用いたGaNマイクロチャンネルエピタキシー中の残留応力をX線回折により評価する。成長中の残留応力の発生・緩和機構を詳細に検討することは、転位低減化のために重要な知見となる。
【a面GaN LAIMCEを用いたLEDの試作】 LAIMCEを用いて低転位a面GaNテンプレート基板の作製をおこない、それを基板としてGaN系LEDを試作する。a面GaNテンプレート基板を用いることで、基板と垂直方向のピエゾ電界を無くすることが可能であり、作製したGaN系LEDの大幅な特性向上が期待される。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ロシア科学アカデミー結晶学研究所(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      ロシア科学アカデミー結晶学研究所
  • [雑誌論文] Transfer-free fabrication of a graphene transparent electrode on a GaN-based light-emitting diode using the direct precipitation method2019

    • 著者名/発表者名
      Yamada Jumpei、Usami Shigeyoshi、Ueda Yuki、Honda Yoshio、Amano Hiroshi、Maruyama Takahiro、Naritsuka Shigeya
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: 040904~040904

    • DOI

      doi.org/10.7567/1347-4065/aafe70

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of growth pressure on graphene direct growth on r-plane and c-plane sapphires by lowpressure CVD2019

    • 著者名/発表者名
      Ueda Yuki、Yamanda Jumpei、Fujiwara Kyosuke、Yamamoto Daichi、Maruyama Takahiro、Naritsuka Shigeya
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: SAAE04-1~5

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaec86

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mesa orientation dependence of lateral growth of GaN microchannel epitaxy by electric liquidphase epitaxy using a mesa-shaped substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Kambayashi Daisuke、Mizuno Yosuke、Takakura Hiroyuki、Maruyama Takahiro、Naritsuka Shigeya
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 496-497 ページ: 74-79

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2018.04.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-pressure N2 microplasma treatment for substrate surface cleaning prior to GaN selective growth2018

    • 著者名/発表者名
      Kusakabe Yasuhiro、Sugiyama Hayata、Takenaka Shun、Suzuki Yohei、Maruyama Takahiro、Naritsuka Shigeya、Shimizu Kazuo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 085501-1~6

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.085501

    • 査読あり
  • [学会発表] Growth temperature dependence of low-pressure CVD graphene directly grown on r-plane sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ueda, Jumpei Yamada, Taishi Ono, Takahiro Maruyama, and Shigeya Naritsuka
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Graphene direct growth on sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Shigeya Naritsuka
    • 学会等名
      International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals
    • 国際学会
  • [学会発表] Cu蒸気触媒を用いた減圧CVDによるr面サファイア上のグラフェン直接成長 --- 成長温度依存性 ---2018

    • 著者名/発表者名
      上田 悠貴, 山田 純平, 小野 大志, 丸山 隆浩, 成塚 重弥
    • 学会等名
      第66 回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] c面サファイア基板上Ni薄膜の熱処理結晶化のX線回折測定による評価2018

    • 著者名/発表者名
      成塚 重弥, 中島 諒人, 山田 純平, 上田 悠貴, 丸山 隆浩
    • 学会等名
      第66 回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] サファイア上グラフェンの抵抗率の非接触・非破壊計測2018

    • 著者名/発表者名
      藤井 高志, 毛利 真一郎, 荒木 努, 上田 悠貴, 成塚 重弥, 岩本 敏志
    • 学会等名
      第66 回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] グラフェンマスクを用いたa面GaN低角入射マイクロチャンネルエピタキシーの薄膜化に関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      竹中 駿、加藤大輔、佐々井耕平、丸山隆浩、成塚重弥
    • 学会等名
      第47回結晶成長国内会議
  • [学会発表] グラフェンマスクを用いた電解めっきによる銅のリモートエピに関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      藤原亨介、山本大地、上田悠貴、山田純平、伊藤幹人、丸山隆浩、成塚重弥
    • 学会等名
      第47回結晶成長国内会議
  • [学会発表] その場X線回折測定を用いたグラフェン析出成長メカニズムの検討2018

    • 著者名/発表者名
      成塚重弥,山田純平 ,上田悠貴 , 竹中 駿
    • 学会等名
      新学術領域研究「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [学会発表] In situ synchrotron X-ray diffraction study of direct precipitation of multilayer graphene2018

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Yamada, Yuki Ueda, Shun Takenaka, Takahiro Maruyama and Shigeya Naritsuka
    • 学会等名
      37th Electronic Materials Symposium (EMS-37)
  • [学会発表] 大気圧流速支援液相成長法によるGaNの成長2018

    • 著者名/発表者名
      成塚 重弥、神林 大介
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ナノダイヤモンドを用いた多層グラフェンのSiO2/Si基板上への直接析出成長――加熱温度依存――2018

    • 著者名/発表者名
      山本 大地、山田 純平、上田 悠貴、藤原 亨介、丸山 隆浩、成塚 重弥
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] r面サファイア上無触媒減圧CVDグラフェン直接成長における成長温度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      上田 悠貴、山田 純平、小野 大志、丸山 隆浩、成塚 重弥
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 減圧CVDによるグラフェンの直接成長 --- サファイア表面の結晶方位の影響 ---2018

    • 著者名/発表者名
      上田 悠貴, 山田 純平, 小野 大志, 丸山 隆浩, 成塚 重弥
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] テラヘルツ時間領域分光法を用いたグラフェンの散乱時間と電気特性測定2018

    • 著者名/発表者名
      藤井 高志, 左右田 航平, 毛利 真一郎, 荒木 努, 上田 悠貴, 成塚 重弥, 岩本 敏志
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] In situ synchrotron X-ray diffraction study of precipitation of multilayer graphene from Ni catalyst2018

    • 著者名/発表者名
      山田 純平, 上田 悠貴, 竹中 駿, 丸山 隆浩, 成塚 重弥
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] ナノダイヤモンドを用いた多層グラフェンのSiO2/Si基板上への直接析出成長2018

    • 著者名/発表者名
      山本 大地、山田 純平、上田 悠貴、藤原 亨介、丸山 隆浩、成塚 重弥
    • 学会等名
      第10回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
  • [備考] 名城大学 教員情報 成塚重弥

    • URL

      https://kyoinjoho.meijo-u.ac.jp/search/profile/ja.0759dbaf2f7f4ea6.html

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公開日: 2019-12-27  

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