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2019 年度 実施状況報告書

窒化物半導体ヘテロ接合における界面揺らぎの制御と量子光学デバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K15025
研究機関三重大学

研究代表者

正直 花奈子  三重大学, 工学研究科, 助教 (60779734)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード窒化物半導体 / 気相成長 / 界面制御
研究実績の概要

窒化物半導体は、既に可視光域発光デバイス、電子デバイス用途として実績がある材料である。中でも、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)は励起子束縛エネルギーが室温以上であり、従来の用途に加えて量子光学応用に適した物性を有する。しかしながら、大きな励起子束縛エネルギーは小さな励起子ボーア半径であることと同義である。このため、AlGaNにおいては量子井戸を作製した際の界面揺らぎの影響が、励起子ボーア半径が大きな半導体に比べて、より顕著であることが考えられる。本研究では、AlGaN気相成長において、原子層レベルの界面揺らぎの制御と、それが光学特性に与える影響を明らかすることを目的とする。
2019年度は、 (Al)GaN/AlNの下地層となるAlNテンプレートにおける表面平坦性を確保するために、低転位密度のアニール処理スパッタ法AlN上に有機金属気相成長(MOVPE)法を用いてAlNのホモエピタキシャル成長を行った。この際、MOVPE成長条件を変化させることで表面モフォロジを変化させることができた。MOVPE成長条件により、表面荒さ0.2 nm以下の単原子層ステップを有するステップフローまた、AlN膜成長においては、らせん転位によるスパイラル成長は起こらないことも確認した。一方、AlGaNを成長させるとらせん転位に起因したスパイラス成長により大きなヒロック構造を形成することを明らかにした。また、このヒロック構造は基板の微傾斜角を大きくすることで抑制できることが確認できた。

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

研究計画通りに、AlNやAlGaNの表面モフォロジの制御について、MOVPE成長条件や基板微傾斜角で制御ができることが確認できた。

今後の研究の推進方策

カソードルミネッセンス(CL)装置を用いて低転位密度かつ表面平坦なAlN上へのAlGaN/AlNの成長とその光学測定評価を行う。この時、測定温度を変化させ発光線幅の変化も測定する。AlNテンプレートについては、既に表面荒さ0.2 nm以下の平坦な表面が実現しているが、AlN表面は基板微傾斜角によるステップアンドテラス構造が存在する。このステップ端によるヘテロ構造の界面揺らぎを抑制するために選択成長を実施する。

次年度使用額が生じた理由

研究が効率的に進行したため、サファイア基板購入費用やフォトマスク購入費用が結果として、予定よりも少なくすることができた。この費用は次年度の気相成長用原料や低温での光学測定用の低温寒剤の購入にあてる。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 10件、 招待講演 10件)

  • [雑誌論文] Fabrication of AlN templates on SiC substrates by sputtering-deposition and high-temperature annealing2019

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Uesugi, Yusuke Hayashi, Kanako Shojiki, Shiyu Xiao, Kentaro Nagamatsu, Harumasa Yoshida, Hideto Miyake
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth

      巻: 510 ページ: 13-17

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Local and anisotropic strain in AlN film on sapphire observed by Raman scattering spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Kanako Shojiki, Yusuke Hayashi, Kenjiro Uesugi, Hideto Miyake
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 58 ページ: SCCB17-1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of strain relaxation in annealed sputter-deposited AlN film2019

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Tanaka, Kanako Shojiki, Kenjiro Uesugi, Yusuke Hayashi, Hideto Miyake
    • 雑誌名

      J. Cryst. Growth

      巻: 512 ページ: 16-19

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction of threading dislocation density and suppression of cracking in sputter-deposited AlN templates annealed at high temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Uesugi, Yusuke Hayashi, Kanako Shojiki, Hideto Miyake
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 12 ページ: 065501-1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of face-to-face annealed sputtered AlN on the optical properties of AlGaN multiple quantum wells2019

    • 著者名/発表者名
      Kanako Shojiki, Ishii Ryota, Kenjiro Uesugi, Mitsuru Funato, Yoichi Kawakami, Hideto Miyake
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 9 ページ: 125342-1-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Threading Dislocation Reduction of Sputter-Deposited AlN Templates for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Device Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Uesugi1, Yusuke Hayashi2, Kanako Shojiki3, Hideto Miyake2,3
    • 学会等名
      The International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications (LEDIA'19)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スパッタ堆積AlNの高温固相成長とその基板上へのAlGaN成長2019

    • 著者名/発表者名
      三宅秀人, 上杉謙次郎, Shiyu Xiao, 正直花奈子
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
    • 招待講演
  • [学会発表] アニール処理スパッタAlN膜とn型AlGaN下地層がAlGaN多重量子井戸構造の光学特性に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      正直花奈子, 石井良太, 上杉謙次郎, 船戸充, 川上養分一, 三宅秀人
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of high-crystalline-quality AlN/sapphire template for deep-UV LED2019

    • 著者名/発表者名
      H. Miyake, K. Shojiki, S. Xiao, K. Uesugi, H. Koizumi, S. Kuboya
    • 学会等名
      37th Electronic Materials Symposium (EMS-37)
    • 招待講演
  • [学会発表] Optical properties of AlGaN multiple quantum wells grown on n-AlGaN using sputter-deposited AlN templates2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kawabata, S. Kuboya, K. Shojiki, K. Uesugi, H. Miyake
    • 学会等名
      37th Electronic Materials Symposium (EMS-37)
  • [学会発表] Preparation of High-Quality AlN Templates for Deep UV Devices2019

    • 著者名/発表者名
      H. Miyake, K. Shojiki, K. Uesugi, S. Xiao, H. Koizumi, and S. Kuboya
    • 学会等名
      4th International Workshop on Ultraviolet Materials and Devices (IWUMD4)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Growth of Si-doped AlGaN on High-Temperature-Annealed MOVPE-Grown AlN Films on Vicinal Sapphire with Sputtered AlN Seed Layers2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kuboya, Y. Tezen, K. Uesugi, K. Norimatsu, K. Shojiki, and H. Miyake
    • 学会等名
      4th International Workshop on Ultraviolet Materials and Devices (IWUMD4)
    • 国際学会
  • [学会発表] MOVPE Growth of AlGaN on High-Temperature Annealed Sputter Deposited AlN Templates2019

    • 著者名/発表者名
      K. Uesugi, K. Shojiki, Y. Hayashi, and H. Miyake
    • 学会等名
      13th International Conference on Nitride Semiconductors 2019 (ICNS-13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative Study of AlGaN Multiple Quantum Wells on Annealed Sputtered-AlN and MOVPE-Grown-AlN on Sapphire Substrates2019

    • 著者名/発表者名
      K. Shojiki, R. Ishii, K. Uesugi, M. Funato, Y. Kawakami, and H. Miyake
    • 学会等名
      13th International Conference on Nitride Semiconductors 2019 (ICNS-13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Internal quantum efficiency improvement by using annealed sputtered AlN template2019

    • 著者名/発表者名
      K. Shojiki, R. Ishii, K. Uesugi, M. Funato, Y. Kawakami, and H. Miyake
    • 学会等名
      Singularity Project Workshop of China-Korea-Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] MOVPE Growth of AlGaN on High-Temperature Annealed Sputter Deposited AlN Templates2019

    • 著者名/発表者名
      K. Uesugi, K. Shojiki, Y. Hayashi, and H. Miyake
    • 学会等名
      Singularity Project Workshop of China-Korea-Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] MOVPE成長AlN膜をアニールしたテンプレート上へのAlGaN成長2019

    • 著者名/発表者名
      窪谷茂幸、手銭 雄太、上杉 謙次郎、則松 研二、正直 花奈子、三宅 秀人,
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高温アニールAlNテンプレート上AlGaN多重量子井戸のMOVPE成長2019

    • 著者名/発表者名
      河端 一輝、窪谷 茂幸、上杉 謙次郎、正直 花奈子、三宅 秀人
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] スパッタ堆積アニールAlNテンプレート上へのMOVPE法ホモ成長2019

    • 著者名/発表者名
      川端心、正直花奈子, 上杉謙次郎, Xiaotong Liu, 三宅秀人
    • 学会等名
      第 11 回 ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
  • [学会発表] アニール処理スパッタAlN膜上AlGaN多重量子井戸構造の光学特性2019

    • 著者名/発表者名
      正直花奈子, 石井良太, 上杉謙次郎, 船戸充, 川上養分一, 三宅秀人
    • 学会等名
      第 11 回 ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
  • [学会発表] ラマン散乱分光法を用いたサファイア基板上AlN薄膜の局所的・異方的歪みの観測2019

    • 著者名/発表者名
      正直花奈子, 林侑介,上杉謙次郎, 三宅秀人
    • 学会等名
      第 11 回 ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
  • [学会発表] High quality AlN film on sapphire prepared by two step sputtering-annealing2019

    • 著者名/発表者名
      Ding Wang, Kenjiro Uesugi, Shiyu Xiao, Yuta Tezen, Kenji Norimatsu, Kanako Shojiki, Shigeyuki Kuboya, Hideto Miyake
    • 学会等名
      2020年第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Selective-area MOVPE growth of AlN on annealed sputter-deposited AlN films2019

    • 著者名/発表者名
      Shin Kawabata, Kanako Shojiki, Kenjiro Uesugi, Shigeyuki Kuboya, Xiaotong Liu, Hideto Miyake
    • 学会等名
      The 11th International Workshop on Regional Innovation Studies 2019 (IWRIS2019)
  • [学会発表] Threading Dislocation Reduction of Sputter-deposited AlN/sapphire by High-Temperature Annealing2019

    • 著者名/発表者名
      H. Miyake, K. Shojiki, K. Uesugi, S. Xiao, H. Koizumi, and S. Kuboya
    • 学会等名
      The 9th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APSW2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of high-quality AlN on sapphire by high-temperature annealing2019

    • 著者名/発表者名
      H. Miyake, K. Uesugi, S. Xiao, K. Shojiki, H. Koizumi, and S. Kuboya
    • 学会等名
      1st International Workshop on AlGaN based UV-Laser diodes
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reduction of Threading Dislocation Density in High-temperature Annealed AlN on Sapphire Templates2019

    • 著者名/発表者名
      H. Miyake, K. Shojiki, K. Uesugi, S. Xiao
    • 学会等名
      19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] サファイア上AlN膜の高温アニールによる高品質化と深紫外LED開発2019

    • 著者名/発表者名
      三宅秀人, 正直花奈子, 肖世玉, 劉小桐, 岩山章, 上杉謙次郎, 窪谷茂幸, 小泉晴比古, 手銭雄太, 則松研二
    • 学会等名
      第 11 回 ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] サファイア上AlN膜の高温アニールによる高品質化と深紫外LED開発2019

    • 著者名/発表者名
      三宅秀人, 正直花奈子, 肖世玉, 上杉謙次郎,小泉晴比古, 窪谷茂幸
    • 学会等名
      徳島大学ポストLEDフォトニクス公開シンポジウム2019~深紫外LEDの可能性と生み出す未来~
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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