高輝度フェムト秒集束電子線発生によるワイドキャップ半導体の時空間同時分解計測開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23656206
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
• 連携研究者: 羽豆 耕治 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30367057)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 電気・電子材料 / 高輝度フェムト秒収束電子線 / ワイドバンドギャップ半導体 / 時間空間同時分解計測 / 結晶評価

研究概要

半導体微細構造においてナノメートル領域で起きる発光過程の動的観測を行うには、サブマイクロメートル台の空間分解能とピコ秒台の時間分解能を同時に実現するスペクトロスコピーが必要となる。本研究では、禁制帯幅が広い材料にもキャリアを励起可能であるが発生が困難であったフェムト秒～ピコ秒パルス電子線の高強度発生に成功して上記要求を満たす時間・空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)計測装置を構築・確立し、GaN、AlN、高AlNモル分率AlGaN混晶の局所発光ダイナミクス計測を行ってカチオン空孔密度と非輻射再結合寿命、不純物総量と低温の輻射再結合寿命に強い相関があることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Impacts ofSi-doping and resultant cation vacancy formation on the luminescence dynamics for the near-band-edge emission of Al_<0.6>Ga_<0.4>N films grown on AlN templates by metalorganic vapor phase epitaxy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, H. Miyake, Y. Ishikawa, M. Tashiro, T. Ohtomo, K. Furusawa, K. Hazu, K. Hiramatsu, and A. Uedono
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vo. 113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on freestanding GaN substrates grown by hydride vapor phase epitaxy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, K. Furusawa, H. Namita, S. Nagao, K. Fujito, and A. Uedono
  • 雑誌名: Electrochemical Society Transactions 巻: Vol. 50, No.42 ページ: 1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved luminescence studies on AlN and high AlN mole fractionAlGaN alloys (2013)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, T. Onuma, K. Hazu, and A. Uedono
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: Vol. 10, No. 3 ページ: 501-506
  • DOI: DOI:10.1002/pssc.201200676
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local lifetime and luminescence efficiency for the near band edge emission of freestanding GaN substrates determined using spatio time resolved cathodoluminescence (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, K. Furusawa, H. Namita, S. Nagao, K. Fujito, and S. F. Chichibu
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol. 101, No. 21,212106 ページ: 1-4
  • DOI: DOI:10.1063/1.4767357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond-laser-driven photoelectron-gun for time-resolved cathodoluminescence measurement of GaN (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Onuma, Y. Kagamitani, K. Hazu, T. Ishiguro, T. Fukuda, and S. F. Chichibu
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: Vol. 83, No. 4, 043905 ページ: 1-7
  • DOI: DOI:10.1063/1.3701368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advantages and remaining issues of state-of-the-art m-plane freestanding GaN substrates grown by halide vapor phase epitaxy for m-plane InGaN epitaxial growth (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, M. Kagaya, P. Corfdir, J. D. Ganiere, B. Deveaud-Pledran, N. Grandjean, S. Kubo, and K. Fujito
  • 雑誌名: Semiconductor Science and Technology 巻: Vol. 27,024008 ページ: 1-7
  • DOI: DOI:10.1088/0268-1242/27/2/024008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collateral evidence for an excellent radiative performance of AlxGa1-xN alloy films of high AlN mole fractions (2011)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, K. Hazu, T. Onuma, and A. Uedono
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol. 99, No. 5, 051902 ページ: 1-3
  • DOI: DOI:10.1063/1.3615681
  • 査読あり
• [学会発表] 高輝度表面入射型パルス電子銃を搭載した時間空間分解カソードルミネッセンス装置によるHVPE成長GaN基板の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川陽一,古澤健太郎,田代公則,羽豆耕治,長尾哲,池田宏隆,藤戸健史,秩父重英
  • 学会等名: 2013年春季応用物理学会(30p-G21-3)
  • 発表場所: 神奈川工業大学,神奈川県
  • 年月日: 2013-03-30
• [学会発表] Impacts of point defects on the photoluminescence lifetime of Si-doped Al_<0.6>Ga_<0.4>N epilayers grown on an AlN template (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, K. Hazu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, H. Miyake, K. Hiramatsu, and A. Uedono
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2012 (IWN2012)
  • 発表場所: Sapporo,Japan
  • 年月日: 2012-10-17
• [学会発表] Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on freestanding GaN substrates grown by hydride vapor phase epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, Y. Ishikawa, K. Hazu, M. Tashiro, K. Furusawa, H. Namita, S. Nagao, K. Fujito, and A. Uedono
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2012), Session J3: Materials for Solid State Lighting, Hawaii Convention Center
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2012-10-08
• [学会発表] 表面入射型パルス光電子銃を搭載した時間空間分解カソードルミネッセンス装置によるワイドバンドギャップ半導体の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古澤健太郎,石川陽一,田代公則,羽豆耕治,秩父重英
  • 学会等名: 2012年秋季応用物理学会(12p-H10-21)
  • 発表場所: 愛媛大学,愛媛県
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] Spatio-time-resolved cathodoluminescence study using a femtosecond focused electron beam on freestanding GaN substrates grown by hydride vapor phase epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, Y. Ishikawa, M. Tashiro, K. Hazu, K. Furusawa, S. Nagao, K. Fujito, and A. Uedono
  • 学会等名: The 39th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2012)
  • 発表場所: Santa Barbara, CA, USA
  • 年月日: 2012-08-29
• [学会発表] Timeresolved luminescence studies on AlN and high AlN mole fraction AlGaN alloys, 招 待講演 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu and A. Uedono
  • 学会等名: The Fourth International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-4)
  • 発表場所: St. Petersburg, Russia
  • 年月日: 2012-07-18
• [学会発表] III-V族窒化物半導体の欠陥評価最前線 (2012)
  • 著者名/発表者名: 秩父重英,上殿明良
  • 学会等名: 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会第148回研究集会
  • 発表場所: グランキューブ大阪(大阪国際会議場),大阪府,招待講演
  • 年月日: 2012-06-14
• [学会発表] Advantages and issues of m-plane freestanding GaN substrates grown by halide vapor phase epitaxy for InGaN and AlGaN epitaxial growth, 招待講演 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, K. Hazu, P. Corfdir, J.-D. Ganiere, B. Deveaud-Pledran, N. Grandjean, S. Kubo, H. Namita, S. Nagao, K. Fujito, K. Shimoyama, and A. Uedono
  • 学会等名: German Physical Society (DPG) Spring Meeting, Technical University of Berlin
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Time-resolved photoluminescence and time-resolved cathodoluminescence studies on AlN andhigh AlN mole fraction AlGaN alloys, 招待講演 (2011)
  • 著者名/発表者名: S. F. Chichibu, T. Onuma, K. Hazu, T. Sota, and A. Uedono
  • 学会等名: European Materials Research Society, 2011 Spring Meeting
  • 発表場所: Session F, Nice, France
  • 年月日: 2011-05-10
• [図書] 「ワイドバンドギャップ半導体の新機能出現と時間空間分解分光計測」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 秩父重英,羽豆耕治
  • 総ページ数: 273-276
  • 出版者: マテリアルインテグレーション(特集:地域と世界に貢献する東北大学多元物質科学研究所)、第24巻,4,5月号
• [備考] (1)国立大学法人東北大学産学連携推進本部「産学連携ものがたり」(2012年4月)p.26-27にSTRCL概念図等を掲載
• [備考] (2)フェムト秒パルス電子線を用いたAlN・AlGaNの時間分解分光評価結果に関して2012年7月にSt.Petersburgで開催された第4回窒化物半導体結晶成長国際会議(ISGN-4)の招待講演で紹介した内容を表す図表が、会議のProceedingsであるPhysica Status Solidi(c)10(2013).の表紙に選定された。
  • URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssc.201390004/abstract
• [備考]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/chichibu/Ronbun.html