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2014 年度 実績報告書

窒化物半導体のナノボイドエピタキシーと深紫外光の発光制御

研究課題

研究課題/領域番号 24360008
研究機関三重大学

研究代表者

平松 和政  三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50165205)

研究分担者 三宅 秀人  三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70209881)
元垣内 敦司  三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00303751)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード窒化物半導体 / 結晶成長 / ナノボイド / 紫外線発光素子 / 光取り出し効率 / 回折レンズ
研究実績の概要

半導体深紫外発光デバイス(LED、電子線励起素子)は、殺菌、光触媒、浄化、レーザナイフなど医療・環境分野に不可欠であるが、発光効率、発光出力、信頼性が極めて低いことが実用化の障害となっている。この原因は、AlN, AlGaNの①結晶欠陥(転位、点欠陥、歪)、②低い紫外光取出し効率、③低い配光制御性(偏光特性、伝搬特性)にある。本研究では、上記問題を根本的に解決するために、ナノボイド(空隙)エピタキシーにより、「高品質AlN、AlGaNの結晶成長技術の構築」と「深紫外光の制御」を目的として電子線励起の高効率深紫外発光デバイスの実現を目指した。平成26年度は深紫外発光素子の試作を行うために必要となる高品質AlGaN量子井戸構造を得るための条件について調べた。
まず、AlN/SapphireとAlGaN MQWsとの間に3種の構造の緩衝層を用い、これらの構造でのAlGaN MQWsの結晶性・発光特性を評価した。CL発光強度と(10-12)回折のX線ロッキングカーブ(XRC)半値幅(FWHM)の評価結果からAlN成長層と高Al組成AlGaN層2層を導入することで、結晶性が最も良好で、発光強度が最大であることが明らかとなった。次に、AlGaN量子井戸構造の作製条件に関する検討を行った。AlGaN成長温度を変化させて発光ピーク波長の検討を行ったところ、温度が上昇するに従い発光波長が短波長化している。これは高い温度では、Gaの取り込み量が減少し、Al組成が増加したことが原因である。また、温度上昇に伴いCL発光強度も減少している。これはAl組成が上昇することにより価電子帯のバンドが結晶場分離帯(CH)からヘビーホール(HH)へと遷移していくことによる発光特性の変化が原因である。
以上の結果から、電子線励起の高効率深紫外発光デバイスを実現するための指針を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (23件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Crack- free GaN grown by using maskless epitaxial lateral overgrowth on Si substrate with thin SiC intermediate layer2014

    • 著者名/発表者名
      H. Fang, M. Katagiri, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Oku, H. Asamura and K. Kawamura
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi (a)

      巻: 211 ページ: 744-747

    • DOI

      10.1002/pssa.201300443

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-quality AlN growth on 6H-SiC substrate using three dimensional nucleation by low-pressure hydride vapor phase epitaxy2014

    • 著者名/発表者名
      S. Kitagawa, H. Miyake and K. Hiramatsu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 ページ: 05FL03

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.05FL03

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Selective-area growth of GaN on non- and semi-polar bulk GaN substrates2014

    • 著者名/発表者名
      S. Okada, H. Miyake, K. Hiramatsu, Y. Enatsu and S. Nagao
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 ページ: 05FL04

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.05FL04

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MOVPE growth of GaN on Si substrate with 3C-SiC buffer layer2014

    • 著者名/発表者名
      M. Katagiri, H. Fang, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Oku, H. Asanuma and K. Kawamura
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 ページ: 05FL09

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.05FL09

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Stady on surface thermal stability of free-standing GaN substrates2015

    • 著者名/発表者名
      S. Okada, H. Miyake, K. Hiramatsu, R. Miyagawa, O. Eryu and T. Hashizume
    • 学会等名
      ISPlasma2015
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2015-03-28 – 2015-03-28
  • [学会発表] MOVPE法によるAlN成長におけるc面サファイア微傾斜角度の影響2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木周平、林家弘、三宅秀人、平松和政、福山博之
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-12
  • [学会発表] MOVPE法によるAlN成長におけるc面サファイア表面の影響2015

    • 著者名/発表者名
      林家弘、鈴木周平、岡田俊祐、三宅秀人、平松和政
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-12
  • [学会発表] ±c面GaNの表面熱的安定性に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      岡田俊祐、三宅秀人、平松和政、逢坂崇、谷川智之、松岡隆志
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-12
  • [学会発表] スパッタ法AlNテンプレート基板を用いたAlNのHVPE成長2015

    • 著者名/発表者名
      安井大貴、三宅秀人、平松和政、岩谷素顕、赤﨑勇、天野浩
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-12
  • [学会発表] GaN自立基板の表面におけるサーマルクリーニングの効果2014

    • 著者名/発表者名
      岡田俊祐、三宅秀人、平松和政、宮川鈴衣奈、江龍修、橋詰保
    • 学会等名
      電子情報通信学会レーザー量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      大阪大学 吹田キャンパス
    • 年月日
      2014-11-28 – 2014-11-28
  • [学会発表] 減圧MOVPE法によるAlGaN多重量子井戸構造の緩衝層の効果2014

    • 著者名/発表者名
      中濵和大、福世文嗣、三宅秀人、平松和政、吉田治正、小林祐二
    • 学会等名
      電子情報通信学会レーザー量子エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      大阪大学 吹田キャンパス
    • 年月日
      2014-11-27 – 2014-11-27
  • [学会発表] The study for the controlling luminous intensity of white light emitting diode by binary diffractive concave lens2014

    • 著者名/発表者名
      N. Hashimoto, K. Manabe, A. Motogaito, H. Miyake, K. Hiramatsu
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] The effect of the lattice-relaxation layer of Si-doped AlGaN multiple quantum2014

    • 著者名/発表者名
      K. Nakahama, F. Fukuyo, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Yoshida, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] Surface treatment of GaN substrates by thermal cleaning2014

    • 著者名/発表者名
      S. Okada, H. Miyake, K. Hiramatsu, R. Miyagawa, O. Eryu and T. Hashizume
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] GaN growth on carbonized-Si substrate by MOVPE2014

    • 著者名/発表者名
      K. Izumi, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Oku, H. Asamura, and K. Kawamura
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] Influence of thermal annealing in N2-CO ambient on AlN buffer layer2014

    • 著者名/発表者名
      S. Suzuki , H. Miyake, K. Hiramatsu, and H. Fukuyama
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] Study of AlN growth conditions for hydride vapor phase epitaxy2014

    • 著者名/発表者名
      D. Yasui, H. Miyake, K. Hiramatsu and T. Kawamura
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for Sustainability by Engineering at MIU
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] バイナリ型回折レンズによるベッセルビーム生成に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      丸谷太一、元垣内敦司、三宅秀人、平松和政
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会
    • 発表場所
      筑波大学東京キャンパス
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-06
  • [学会発表] サファイア基板のサーマルリング2014

    • 著者名/発表者名
      林家弘、鈴木周平、岡田俊祐、三宅秀人、平松和政
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-18
  • [学会発表] エピタキシャル成長のためのGaN 自立基板サーマルクリーニング2014

    • 著者名/発表者名
      岡田俊祐、三宅秀人、平松和政、宮川鈴衣奈、江龍修、橋詰保
    • 学会等名
      第6回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      名城大学
    • 年月日
      2014-07-26 – 2014-07-26
  • [学会発表] サファイア上AlN 緩衝層のN2-CO アニールとMOVPE 法による高温成長2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木周平、三宅秀人、平松和政、福山博之
    • 学会等名
      第6回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      名城大学
    • 年月日
      2014-07-26 – 2014-07-26
  • [学会発表] HVPE 法AlN 成長条件のシミュレーションによる検討2014

    • 著者名/発表者名
      安井大貴、三宅秀人、平松和政、河村貴宏
    • 学会等名
      第6回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      名城大学
    • 年月日
      2014-07-25 – 2014-07-25
  • [学会発表] Influence of thermal cleaning on free-standing GaN surface2014

    • 著者名/発表者名
      S. Okada, H. Miyake, K. Hiramatsu, R. Miyagawa, O. Eryu and T. Hashizume
    • 学会等名
      第33回電子材料シンポジウム
    • 発表場所
      ラフォーレ修善寺
    • 年月日
      2014-07-10 – 2014-07-10
  • [学会発表] AlN基板の表面処理とホモエピタキシャル成長2014

    • 著者名/発表者名
      渡邉祥順、三宅秀人、平松和政、岩崎洋介
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-05-29 – 2014-05-29
  • [学会発表] GaN自立基板の表面におけるサーマルクリーニングの効果2014

    • 著者名/発表者名
      岡田俊祐、三宅秀人、平松和政、宮川鈴衣奈、江龍修、橋詰保
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-28
  • [学会発表] HVPE Homoepitaxy on Freestanding AlN Substrate with Trench Pattern2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe、H. Miyake、K. Hiramatsu, Y. Iwasaki and S. Nagata
    • 学会等名
      5th International Symposium on Growth of III-Nitrides
    • 発表場所
      Atlanta, USA
    • 年月日
      2014-05-19 – 2014-05-19
  • [学会発表] Fabrication of AlGaN Multiple Quantum Wells on Sapphire with Lattice-Relaxation Layer2014

    • 著者名/発表者名
      K. Nakahama, F. Fukuyo, H. Miyake, K. Hiramatsu, H. Yoshida and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      5th International Symposium on Growth of III-Nitrides
    • 発表場所
      Atlanta, USA
    • 年月日
      2014-05-19 – 2014-05-19
  • [備考] 三重大学大学院工学研究科オプトエレクトロニクス研究室

    • URL

      http://www.opt.elec.mie-u.ac.jp/

  • [備考] 三重大学全学シーズ集

    • URL

      http://www.crc.mie-u.ac.jp/seeds/contents/detail.php?mid=20100108-113310&t=r&url=

  • [備考] 三重大学極限ナノエレクトロニクスセンター

    • URL

      http://www.cute.rc.mie-u.ac.jp/

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公開日: 2016-06-01  

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