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2016 年度 実績報告書

非混和性を利用したInN、InGaNの原子レベルの構造制御とデバイス化基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 15H03559
研究機関立命館大学

研究代表者

名西 やす之  立命館大学, 理工学部, 授業担当講師 (40268157)

研究分担者 荒木 努  立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードInN / InGaN / 窒化物半導体 / 混晶組成 / 極微領域評価 / MBE / 転位 / リーク電流
研究実績の概要

独自に開発した高品質InN結晶成長技術(DERI法)を利用して、InGaNの非混和性を積極的に利用した極微ナノ構造および界面の制御を行い、InNおよびInGaNが持つ材料のポテンシャルを極限まで引き出し、デバイスとして応用できる、革新的材料基盤技術開発を行うことを目的として研究を進めている。昨年度は転位とリーク電流の関係を明確にする観測手法、結晶高品質化を図る上での詳細なDERIサイクルの制御法につき検討を行った。本年度はこれらの成果の上にたち、らせん転位とらせん状ステップの存在するGaNテンプレートの表面構造とリーク電流の関係を詳細に検討した後に、テンプレート上にInGaNをDERI法により成長し、InGaNのリーク電流に対する抑制効果を検討した。その結果、成長初期段階の窒素ラジカル供給量を減らしInGaNを組成分離しやすい条件に制御して成長することにより、リーク電流を抑制できることを確認した。次に高品質化のためのDERIサイクルの制御法については、表面のInが完全にInNに変化する前に、すなわち1~2モノレイヤーのInを表面に残した状態で、DERIサイクルを初期状態に戻すことにより、成長層の高品質化が図られることを追加実験により、確認した。またInNの表面に窒素ラジカルビームのみを照射し続けると、点欠陥が導入されInNの結晶性が劣化することも明らかにし、1~2モノレイヤーのInを表面に残すことにより、InN結晶へのラジカルあるいはイオンによる照射ダメージを抑制できることを明らかにした。ヘテロ界面における原子レベルでの組成制御に関しては、スプリング8のビームラインを用いた逆格子マッピングによる成長過程でのその場観察から、組成引き込み効果が重要なことを実験的に示した。

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

InGaNの非混和性を積極的に利用した極微ナノ構造および界面の制御を行い、InGaNの全組成領域をデバイスとして利用可能とする上で、最も重要なのは、転位の電気的、光学的特性への影響を抑制することである。これまでの研究で、本研究で提唱したように、窒素ラジカルビーム強度を抑え、組成分離が起きやすい状態を成長の初期段階に入れることにより、リーク電流の抑制が行えることを明らかにすることができた。また成長層の結晶品質を向上させる上で1~2モノレイヤーのInを表面に常に残した状態で成長することが重要で、イオンやラジカルによる照射ダメージの導入を抑制できることがその原因と考えられるとの科学的知見も得ることができた。さらにスプリング8のビームラインを用いた逆格子マッピングによる成長過程のその場観察手法が成長初期過程の組成決定手法として有効で、転位周辺の組成決定のメカニズムに組成引き込み効果も考慮する必要があるという新たな知見も得ることができた。以上のように研究目的の実現に向け概ね順調に研究が進展しているといえるが、転位周辺の組成変調が狙いどおり行えているかどうかを確認できるまでにはまだ至っていない。

今後の研究の推進方策

原子層レベルでのDERIサイクルの制御をより高精度に行い転位周辺の組成変調をより厳密に行うとともに、成長した結晶のナノ領域の組成評価手法についても、その確立に向け、本格的に取り組む。またArFを用いたInN表面の蓄積キャリアの制御、より高温で成長可能な窒素ポーラ面上でのInN DERI成長の可能性など量子ナノ構造の制御と高品質化に向けた検討も積極的に進め、InGaNの全組成領域をデバイスとして利用する基盤構築に向け研究を加速させたい。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 11件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Influence of Defects and Indium Distribution on Emission Properties of Thick In-Rich InGaN Layers Grown by the DERI Technique2017

    • 著者名/発表者名
      D. Dobrovolskas, J. Mickevicius, S. Nargelas, A. Vaitkevicius, Y. Nanishi, T. Araki, G. Tamulaitis
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 32 ページ: 025012/1-6

    • DOI

      10.1088/1361-6641/32/2/025012

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Surface and Bulk Electronic Structures of Heavily Mg-doped InN Epilayer by Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      M. Imura, S. Tsuda, T. Nagata, R. G. Banal, H. Yoshikawa, A. Yang, Y. Yamashita, K. Kobayashi, Y. Koide, T. Yamaguchi, M. Kaneko, N. Uematsu, K. Wang, T. Araki, and Y. Nanishi
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 121 ページ: 095703/1-5

    • DOI

      10.1063/1.4977201

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Evaluation of Nitride Semiconductors Using Terahertz Time-Domain Spectroscopic Ellipsometry2017

    • 著者名/発表者名
      T. Araki, K. Tachi, K. Morino, S. Asagami, T. Fujii, Y. Nanishi, T. Nagashima, T. Iwamoto, Y. Sato, N. Morita, R. Sugie, S. Kamiyama
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications (LEDIA '17)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-04-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] RF-MBE法によるグラファイト上へのInN成長2017

    • 著者名/発表者名
      荒川真吾、久保中湧士、毛利真一郎、荒木努、名西やす之
    • 学会等名
      2017年春季第64回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17
  • [学会発表] THzエリプソメトリーによるInN薄膜の電気的特性測定に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      森野 健太,達 紘平,藤井 高志,毛利 真一郎,荒木 努,名西 やす之,長島 健,岩本 敏志,佐藤 幸徳
    • 学会等名
      2017年春季第64回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
  • [学会発表] DERI法を用いたサファイア上N極性InN成長2017

    • 著者名/発表者名
      久保中 湧士,毛利真一郎,荒木 努,名西 やす之
    • 学会等名
      2017年春季第64回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] TEM Study of InN Films Grown with In-situ Surface Reformation by Radical Beam Irradiation2017

    • 著者名/発表者名
      Faizulsalihin bin Abas,Nur Liyana binti Zainol Abidin,藤田 諒一,毛利 真一郎,荒木 努,名西 やす之
    • 学会等名
      2017年春季第64回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] Nラジカルビーム照射によるin-situ表面改質のInN成長への効果2017

    • 著者名/発表者名
      藤田諒一,Faizulsalihin bin Abas,Nur Liyana binti Zainol Abidin,毛利真一郎,荒木努,名西やす之
    • 学会等名
      2017年春季第64回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] α-Ga2O3の表面バンドベンディングの評価2017

    • 著者名/発表者名
      藤木嘉樹, 城川潤二郎, 荒木努, 名西やす之, 織田真也
    • 学会等名
      2017年春季第64回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] In-Situ Monitoring in RF-MBE Growth of In-Based Nitrides2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, T. Sasaki, M. Takahashi, T. Araki, T. Onuma, T. Honda, Y. Nanishi
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Technology
    • 発表場所
      Tainan City (Taiwan)
    • 年月日
      2016-11-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of Electrical Properties of n-type GaN Layer Using Terahertz Time-Domain Spectroscopic Ellipsometry2016

    • 著者名/発表者名
      K. Tachi, S. Asagami, T. Fujii, T. Nagashima, T. Iwamoto, Y. Sato, N. Morita, R. Sugie, S. Kamiyama, T. Araki and Y. Nanishi
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductor 2016 (IWN2016)
    • 発表場所
      Orlando, Florida (USA)
    • 年月日
      2016-10-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface and Bulk Electronic Structures of Heavily Mg-doped InN Epilayer by Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      M. Imura, S. Tsuda, T. Nagata, A. Yang, Y. Yamashita, H. Yoshikawa, Y. Koide, K. Kobayashi, T. Yamaguchi, M. Kaneko, N. Uematsu, K. Wang, T. Araki, and Y. Nanishi
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductor 2016 (IWN2016)
    • 発表場所
      Orlando, Florida (USA)
    • 年月日
      2016-10-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Atomic Level C-AFM Characterization of GaN Grown Under Spiral Mode2016

    • 著者名/発表者名
      K. Komura, T. Araki, Y. Nanishi, T. Akasaka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductor 2016 (IWN2016)
    • 発表場所
      Orlando, Florida (USA)
    • 年月日
      2016-10-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Microstructure and Thermal Stability of Rf-Plasma Nitridated α-(AlGa)2O3 Grown by Mist-CVD2016

    • 著者名/発表者名
      A. Buma, N. Masuda, T. Araki, Y. Nanishi, M. Oda, T. Hitora
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductor 2016 (IWN2016)
    • 発表場所
      Orlando, Florida (USA)
    • 年月日
      2016-10-03
    • 国際学会
  • [学会発表] RF-MBE Growth of GaInN Ternary Alloys Using in-situ Monitoring Techniques2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, T. Sasaki, M. Takahashi, T. Araki, T. Onuma, T. Honda and Y. Nanishi
    • 学会等名
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2016-09-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フッ素プラズマによるInNの表面電荷蓄積層の影響軽減に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      福島駿介 , 臼田知志 , 荒木努, 名西やす之
    • 学会等名
      2016年秋季 第77回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] Recent Advancements and Challenges of Growth of InN and In-rich InGaN by DERI Method2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nanishi, T. Yamaguchi and T. Araki
    • 学会等名
      EMN Meeting on Epitaxy
    • 発表場所
      Budapest (Hungary)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study on Nitridation of α-(AlGa)2O3 Using Rf Plasma for AlGaN Growth2016

    • 著者名/発表者名
      A. Buma, N. Masuda, T. Araki, Y. Nanishi, M. Oda, T. Hitora
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of GaN Layer Using THz Ellipsometry and Its Verification by Cross-Sectional Observation2016

    • 著者名/発表者名
      K. Tachi, S. Asagami, T. Fujii, T. Nagashima, T. Iwamoto, Y. Sato, N. Morita, R. Sugie, S. Kamiyama, T. Araki and Y. Nanishi
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Strain Relaxation Analysis Using In-situ X-ray Reciprocal Space Mapping Measurements in RF-MBE Growth of GaInN2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, T. Sasaki, M. Takahashi, T. Onuma, T. Honda, Y. Nanishi
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of β-Ga2O3 Single Crystal Based Schottky Barrier Diode2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiki, T. Araki, Y. Moon, A. Kim and Y. Nanishi
    • 学会等名
      35th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県・守山市)
    • 年月日
      2016-07-08
  • [学会発表] Study on Nitridation of α-(AlGa)2O3 Using Rf Plasma for AlGaN Growth2016

    • 著者名/発表者名
      A. Buma, N. Masuda, M. Oda, T. Hitora, T. Araki and Y. Nanishi
    • 学会等名
      35th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県・守山市)
    • 年月日
      2016-07-07
  • [学会発表] Fluorine Plasma Treatment on InN Films Grown by RF-MBE2016

    • 著者名/発表者名
      S. Fukushima, S. Usuda, T. Araki and Y. Nanishi
    • 学会等名
      35th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県・守山市)
    • 年月日
      2016-07-07
  • [学会発表] Characterization of III-Nitride Semiconductors Using Electron-Beam-Induced-Current (EBIC) Measurement2016

    • 著者名/発表者名
      E. Oku, T. Araki and Y. Nanishi
    • 学会等名
      35th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖(滋賀県・守山市)
    • 年月日
      2016-07-07
  • [学会発表] RF-MBE法によるGaN/Sapphire上へのMgドーピングGaN成長2016

    • 著者名/発表者名
      藤田諒一, 松田雅大, 荒木努, 名西やす之
    • 学会等名
      第8回窒化物結晶成長講演会
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-05-09
  • [学会発表] フッ素プラズマによるInNの表面電荷蓄積層の影響軽減に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      福島駿介,臼田知志,荒木努,名西やす之
    • 学会等名
      第8回窒化物結晶成長講演会
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-05-09
  • [学会発表] THzエリプソメトリーによるn型GaN膜の電気的特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      達紘平,浅上史歩,藤井高志,荒木努,名西やす之,長島健,岩本敏志,佐藤幸徳,森田直威,杉江隆一,上山智
    • 学会等名
      第8回窒化物結晶成長講演会
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-05-09

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公開日: 2018-01-16  

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