| 研究課題/領域番号 |
19K05298
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
佐々木 拓生 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 主幹研究員(定常) (90586190)
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| 研究分担者 |
日比野 浩樹 関西学院大学, 理工学部, 教授 (60393740)
山口 智広 工学院大学, 先進工学部, 准教授 (50454517)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 窒化ガリウム / グラフェン / 分子線エピタキシー |
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| 研究実績の概要 |
低消費電力の発光デバイス材料として期待されている窒化インジウムガリウム(InGaN)は、異種基板との格子不整合に由来する転位の発生によって、結晶性の劣化が課題になっている。そこで、二次元薄膜材料であるグラフェン上に高品質なInGaN薄膜を成長できれば、InGaN薄膜を異種基板から剥離することが可能であり、それによって転位の発生を抑制した高品質な自立基板を作成できる可能性がある。2019年度は、グラフェン上に高品質なInGaN薄膜を成長するためにまずInの含まれないGaN薄膜の成長に最適な基板の検討をおこなった。実験は、異なる3種類の基板上にプラズマ支援分子線エピタキシー法でGaN薄膜を成長し、フォトルミネッセンス(PL)測定と走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を行った。検討した基板は、(a) SiO2/Si(001)上の単層グラフェン、(b) SiO2/Si(001)上の多層グラフェン、(c) 多層グラフェン/SiO2/Si(001)上のAlNバッファー層である。PL測定では、不純物による発光に対するGaNのバンド端発光のピーク強度比から結晶性を評価した。ピーク強度比は、基板(a),(b),(c)上の試料でそれぞれ0.005、0.083、0.163であり、AlNバッファー層のある基板(c)上の試料の結晶性が最も良かった。また、SEMでは、基板(c)上で、最も密に基板表面を覆うGaN薄膜が得られることを確認した。これは、PL測定の結果と一致しており、これらの結果から、AlNバッファー層はグラフェン上GaN薄膜の成長において、結晶性の向上に有効であることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2019年度は当初の予定どおり、グラフェン上にInを含まないGaN薄膜を高品質に成長できる条件を検討し、AlNバッファー層がGaN薄膜の結晶性の向上に有効であることが分かった。また、予備的ではあるが次年度にむけて、放射光X線回折実験も進めており、AlNバッファー層上のGaN薄膜の配向性や格子ひずみの評価もおこなっている。したがって、研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はグラフェン上にInGaN薄膜を成長し、表面形態観察およびフォトルミネッセンス法による光学特性評価を行い、InGaN薄膜の結晶性の向上に有効なグラフェン（単層、多層およびバッファー層の有無）の選定およびInGaN薄膜の成長条件の最適化を行う。同時に、放射光X線回折によって、グラフェン上のGaN薄膜およびInGaN薄膜の格子歪みと配向性を評価し、結晶性との相関を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度に使用したグラフェンは当該助成金で購入したものではなく、過去に購入した手持ちのグラフェンを使用した。したがって、2020年度は2019年度に使用しなかった金額も併せて、グラフェンの購入に充てる予定である。これにより、グラフェンのサンプル数を当初より多くすることで、窒化物薄膜の成長実験を多く実施することが可能であり、成果の創出が期待できる。
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