2019 Fiscal Year Annual Research Report
Spatio-time-resolved cathodoluminescence studies on singularity crystals
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06427
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
嶋 紘平 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40805173)
中須 大蔵 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40801254)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / 結晶成長 / フェムト秒電子銃 / 時間空間同時分解分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
特異構造の内部や、外部との界面における局所的な発光ダイナミクスを把握するには、当該構造を狙い打ちして時間分解分光を行う必要がある。走査型電子顕微鏡にフェムト秒パルスレーザ励起光電子銃を組み込む時間・空間同時分解カソードルミネッセンス(STRCL)装置は、特異構造の発光イメージングやダイナミクス解析が可能である上、電子線励起のためバンドギャップの制限を受けない。B02-2班は、ワイドバンドギャップ窒化物及び酸化物半導体特異構造の評価を行い、光物性解明と光機能性発現のための設計指針を与える事を目的として研究を行った。
R1年度は大きく分けて４つの成果を得た。(1)評価技術進展：STRCL装置の試料リターディング電圧を、最大2.5kVまで印可できるようにしSEM解像度が向上した。(2)新規特異構造材料評価：m面成長AlInN混晶ナノ構造の空間分解CL像を得て発光メカニズムを明らかにし、A01-5寒川班と共同で周期構造発生メカニズムを明らかにした。また、2次元層状半導体六方晶BN薄膜のSTRCL評価を行った。(3)人工形成特異構造：A01-2三宅班により作製されたスパッタAlN及びAlNエピ層の評価を行った。また、マクロステップ上にエピタキシャル成長を行う事によって発生するAlGaN薄膜の組成変調と、その上に形成されるc面でなくなる量子井戸に起因するキャリア局在機構を明らかにした。さらに、Mgイオン注入されたGaNの時間分解分光を行い、アニールによる欠陥の動向をB01-2上殿班と共同で調べた。(4)次元性の制御された特異構造に関連する欠陥評価：A01-3上山班のInGaN量子殻構造や、Mgイオン注入GaNにおける点欠陥と非輻射再結合に関するモデルを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和元年度は、研究実績の概要欄に記したように、交付申請書に記した実施計画はもとより、新奇特異構造材料としてm面AlInNナノ構造体やm面自立AlN基板とホモエピタキシャル層、2次元層状h-BN、InGaN量子殻構造の評価も実行できた。また、前年度から引き続き行っているAlGaN量子井戸の評価やMg注入GaNの評価において、3次元、2次元、1次元及び0次元欠陥といえるボイドから点欠陥までの評価を行った。領域内外との共同研究展開も活発に行い、成果も論文・発表ともに発信できた。これら試料群のうちいくつかは当初予定には無かったものであり、本領域のアクティビティの高さのため他研究班および組織外からの測定依頼試料数が大幅に増加した結果増加したものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は最終年度であるから、5年間の研究の総仕上げを行う。すなわち、B02-2班としてだけでなく領域全体の成果アップに繋げられるよう連携を強化して計測研究を推進する。
具体的には、STRCL装置の高時間分解能化を達成するため、フェムト秒チタンサファイヤレーザの第4高調波励起による時間分解フォトルミネッセンス(TRPL)と、STRCL装置による時間分解カソードルミネッセンス(TRCL)の詳細な信号比較を行う。この際、時間分解能が1ピコ秒以下の検出器を用い、パルス電子線の飛行時間とパルス幅の変化を追跡する。
また、A01,A02,B01班から供給される試料の局所発光ダイナミクス計測を行い、起きている物理現象のモデリングを行う。材料としては、Egが可視光域にあるInGaN系ナノ構造、Egが紫外線領域にあるGaN,AlGaNや2次元構造のh-BNの計測を行い、論文化する。研究を阻害する課題は特にない。
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[Journal Article] Room-temperature photoluminescence lifetime for the near-band-edge emission of epitaxial and ion-implanted Mg-doped GaN on GaN structures2019
Author(s)
S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, S. Takashima, K. Ueno, M. Edo, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, S. Ishibashi, and A. Uedono
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 58 (SC)
Pages: SC0802 1-10
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Annealing behavior of vacancy-type defects in Mg- and H-implanted GaN studied using monoenergetic positron beams2019
Author(s)
A. Uedono, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, W. Egger, A. Uedono, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, W. Egger, C. Hugenschmidt, M. Dickmann, K. Shima, K. Kojima, S. F. Chichibu, and S. Ishibashi
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Journal Title
Physica Status Solidi (b)
Volume: 256 (10)
Pages: 1900104 1-12
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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