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2014 年度 実績報告書

Ⅲ族窒化物半導体を用いた中性子検出半導体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24686014
研究機関静岡大学

研究代表者

中野 貴之  静岡大学, 工学研究科, 准教授 (00435827)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード中性子検出 / 半導体検出器 / Ⅲ族窒化物半導体 / 結晶成長 / 放射線検出
研究実績の概要

中性子検出は開発が期待される技術であると同時に、従来の検出技術である3He計数管を用いた技術においてHeガスの枯渇による原料供給が大きな問題となっており、新しい中性子検出機構の開発が急務である。そこで本研究においては次世代、次々世代の中性子検出器となる半導体検出器の開発を行っている。中性子捕獲断面積が大きなBやGd原子をγ線に対して検出感度が低いGaNと混晶化させてBGaNやGdGaNといった混晶半導体を作製し、中性子半導体検出器の実現を目指している。これまでの研究により、半導体材料として機能するBGaNの結晶成長を実現し中性子を検出することが可能であることを実験結果より示した。GdGaNについては高温ガス供給により結晶の作製に至ったが、半導体特性を得ることはできなかった。
本年度は、BGaNは中性子捕獲率の向上をめざしBGaN結晶成長技術の開発を行い、GdGaNには高温ガス供給ラインを使ってGdGaN結晶作製に向けて開発を行った。
BGaN薄膜の組成分析を詳細に行い、BGaN層中のB原子が均一に分布しておらず、成長中にB原子が偏析している可能があることを示した。また、BGaN成長においてh通常のGaN成長からB原料の供給を追加することで成長レートが50%以上も低減することも明らかになった。これらの結果は結晶中の成長表面においてB原子が結晶に取り込まれずに存在している可能性を示しており、表面に滞在するB原子により成長阻害が引き起こされていると考えられる。GdGaNに関しては高温供給ラインによる成長を試みているが、Gd原料の高温供給ガスによりGa原料が分解を起こしGaN成長が困難になることが明らかになった。高温Gd原料供給ガスの合流を非常に精密に設計する必要があり、本予算内にて装置改造を行うことは難しいため、今後はBGaNに注力してBGaNによる中性子半導体検出器の実現を目指す。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

昨年度においてBGaNを用いた中性子検出の実証を実現しており当初の予定であった基礎検証は明らかになっており、大きく進展している。今後、結晶成長技術の向上により高機能な中性子検出を実現するための基礎技術の開発に集中することができ当初の予定以上に進んでいると考えられる。

今後の研究の推進方策

今年度においては、昨年度より取り組んでいる表面のステップ端幅や極性を変更した結晶成長について追加の実験および考察を行い、BGaN結晶成長におけるB原子の振舞いについて明らかにする。また、デバイス化を目指すにあたり必要となる母体材料であるGaNの放射線検出特性を明らかにし、デバイスの作製を目指す。高濃度B組成BGaNによるデバイス化が実現できた場合にはエネルギースペクトル測定による中性子捕獲によるエネルギー弁別の実現を目指す。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 学会発表 (13件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [学会発表] GaNダイオードの放射線検出特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      杉浦睦仁、久志本真希、光成 正、山下康平、本田善央、天野浩、三村秀典、井上翼、青木徹、中野貴之
    • 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、神奈川県平塚市
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-15
  • [学会発表] BGaN成長における基板off角度依存性2014

    • 著者名/発表者名
      上山浩平,渥美勝浩,三村秀典,井上翼,青木徹,中野貴之
    • 学会等名
      第3回結晶工学未来塾
    • 発表場所
      学習院創立百周年記念会館、東京都豊島区
    • 年月日
      2014-11-13 – 2014-11-13
  • [学会発表] Evaluation of Radiation Detection Characteristic for GaN Semiconductor Material2014

    • 著者名/発表者名
      M. Sugiura, K. Atsumi, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki, T. Nakano
    • 学会等名
      IEEE Nuclear Science symposium &Medical Imaging Conference; 21st Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and Gamma-ray Detectors
    • 発表場所
      Washington State Convention Center, Seattle, WA USA
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-15
  • [学会発表] Fabrication and Development of BGaN Device for the Novel Neutron Semiconductor Detector2014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Nakano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki
    • 学会等名
      IEEE Nuclear Science symposium &Medical Imaging Conference; 21st Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and Gamma-ray Detectors
    • 発表場所
      Washington State Convention Center, Seattle, WA USA
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-15
    • 招待講演
  • [学会発表] abrication of BGaN semiconductor device for neutron detection2014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Nakano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki
    • 学会等名
      The 21st International of The Society of Pure and Applied Coordination Chemistry (SPACC) Symposium
    • 発表場所
      Kogakuin University, Shinjuku Campus、Shinjuku, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-10-31 – 2014-11-03
    • 招待講演
  • [学会発表] BGaN成長における基板依存性の検討2014

    • 著者名/発表者名
      上山浩平,渥美勝浩,三村秀典,井上翼,青木徹,中野貴之
    • 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、北海道札幌市
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] GaNにおける放射線検出特性の実験的評価2014

    • 著者名/発表者名
      杉浦睦仁,久志本真希,光成正,山下康平,本田善央,天野浩,三村秀典,井上翼,青木徹,中野貴之
    • 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、北海道札幌市
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] Improved BGaN epitaxial growth for the neutron detection device2014

    • 著者名/発表者名
      K. Ueyama, K. Atsumi, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki and T. Nakano
    • 学会等名
      The 8th International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2014)
    • 発表場所
      Wroclaw Congress Center, Wroclaw, Poland
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-29
  • [学会発表] BGaN 成長における基板および原料供給量の依存性評価2014

    • 著者名/発表者名
      上山浩平, 渥美勝浩, 三村秀典, 井上翼, 青木徹, 中野貴之
    • 学会等名
      第6 回窒化物半導体結晶成長講演会
    • 発表場所
      名城大学天白キャンパス、愛知県名古屋市
    • 年月日
      2014-07-25 – 2014-07-26
  • [学会発表] Improvement of BGaN epitaxial growth with controlled GaN substrate orientation2014

    • 著者名/発表者名
      K. Ueyama , K. Atsumi , H. Mimura , Y. Inoue , T. Aoki and T. Nakano
    • 学会等名
      33th Electronic Materials Symposium (EMS33)
    • 発表場所
      Laforret Suzenji, Izu, Shizuoka, Japan
    • 年月日
      2014-07-09 – 2014-07-11
  • [学会発表] Investigation of novel neutron detector by using BGaN semiconductor material2014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Nakano, Hidenori Mimura, Yoku Inoue, Toru Aoki
    • 学会等名
      The Third International Conference on Materials, Science and Environments (ICMEE’14)
    • 発表場所
      Aqua Queen Kapiolani Hotel, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2014-07-01 – 2014-07-03
    • 招待講演
  • [学会発表] Ⅲ族窒化物半導体を用いた中性子半導体検出器の作製と結晶成長技術の開発2014

    • 著者名/発表者名
      中野貴之
    • 学会等名
      第7回超領域研究会
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス、静岡県浜松市
    • 年月日
      2014-06-20 – 2014-06-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Examination of on the Influence of Boron Flow Rate and Substrate in BGaN Epitaxial Growth2014

    • 著者名/発表者名
      K.Ueyama, K. Atsumi, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki, and T. Nakano
    • 学会等名
      the Second Conference on LED and Its Industrial Application (LEDIA '14)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Kanagawa, Japan
    • 年月日
      2014-04-22 – 2014-04-24
  • [備考] 静岡大学中野研

    • URL

      http://nakanolab.eng.shizuoka.ac.jp/index.html

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公開日: 2016-06-01  

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