高圧高温熱処理による高品質インジウム系窒化物半導体の創製と熱電素子応用

通过高压、高温热处理制备高品质铟基氮化物半导体并应用于热电器件

• 批准号: 21H01831
• 负责人: 荒木 努
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01831/
• 关键词: 窒化物半導体; 半導体; 結晶成長; 分子線エピタキシー; 窒化インジウム; 熱処理

本研究課題の目的は、RF-MBE法を用いて作成したInN結晶を高温・高圧熱処理によって、さらなる結晶品質の改善を実現し、そのメカニズム構築とデバイス応用へ向けた基盤技術を開発することにある。課題2年目は、①RF-MBE成長DERI法を用いたInN成長時の初期成長機構の解明と②1年目に作成したInN結晶に対する高温・高圧熱処理実験の基礎検討を行った。①RF-MBE成長DERI法を用いたInN成長時の初期成長機構の解明本研究項目では、DERI法成長InNで観察された異常成長領域および平坦に成長した領域に対してTEM観察を行うことで、異常成長領域の発生過程について検討した。異常成長領域の中央部ではInNが成長していない部分が存在し、内縁部では膜厚の大きいInNが成長し、外縁部では中央に向かうほどInN膜厚が大きいことがわかった。また、異常成長領域とInNが平坦に成長した領域でGaN中の転位種類判別を実施した結果、GaNテンプレート中のらせん転位を起点としてInドロップレットが発生し、異常成長領域が形成されると考えた。②InN結晶に対する高温・高圧熱処理実験の基礎検討課題1年目に作成したInN結晶の中から比較的電気的特性に優れた（キャリア濃度18乗台前半、移動度1500cm2/Vs以上）InNに対して、高温・高圧熱処理実験を試みた。熱処理は、量子科学技術研究開発機構SPring8内のビームラインBL14にて実施した。InN結晶10mm角試料をダイシングにより1mm角にカットし、ダイヤモンドアンビルに封入後、圧力9.5GPa、時間30分、温度650、750、850℃の3条件で高温・高圧熱処理実験を行った。850℃ではInNの分解・剥離が見られ十分な評価ができなかった。650℃、750℃で処理した試料をX線回折測定、TEMで評価を行ったが、明瞭な結晶性の改善は得られなかった。

The purpose of this research is to develop the technology of InN crystallization, high temperature and high pressure heat treatment, improvement of crystal quality, and construction of substrate. In the second year, the RF-MBE growth DERI method was used to analyze the initial growth mechanism of InN and the basic model of high temperature and high pressure heat treatment for InN crystallization was discussed. 1. Explaining the early growth mechanism of InN growth using RF-MBE growth DERI method. This research project aims to investigate the abnormal growth region and flat growth region of InN growth using DERI method. In the abnormal growth area, the central part of the InN film thickness is large, the inner part of the InN film thickness is large, and the outer part of the InN film thickness is large. In addition, the abnormal growth region, InN, flat growth region, GaN, etc., were identified. As a result, GaN, etc., were identified as the starting point for the formation of abnormal growth region. (2) Basic research on high temperature and high pressure heat treatment of InN crystals 1 year ago The comparative electrical characteristics of InN crystals were optimized (the first half of the concentration was 18 ° C, and the mobility was more than 1500 cm2/Vs). Heat treatment is carried out in SPring8, a quantum science and technology research and development organization. InN crystal 10mm angle sample after sealing, pressure 9.5 GPa, time 30 minutes, temperature 650, 750, 850℃ under three conditions of high temperature and high pressure heat treatment. 850℃650℃, 750℃ treatment of the sample X-ray reflection measurement, TEM evaluation of the line, clear crystallization of the improvement.

项目成果

DERI法を用いたInN結晶成長の成長温度依存性に関する研究

采用 DERI 方法研究 InN 晶体生长的生长温度依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 張 同舟;後藤 直樹;毛利 真一郎;荒木 努
• 通讯作者: 荒木 努

RF-MBE法を用いたN極性AlNテンプレート基板上InN結晶成長

使用 RF-MBE 方法在 N 极性 AlN 模板基板上生长 InN 晶体

• 发表时间: 2021
• 作者: 篠田 悠平;福田 安莉;橘 秀紀;毛利 真一郎;正直 花奈子; 三宅 秀人;荒木 努
• 通讯作者: 荒木 努

AlNテンプレート基板上にRF-MBE法で成長したInNの発光特性

RF-MBE法在AlN模板基底上生长InN的发光特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 中山 大輝;毛利真一郎;福田安莉;高林佑介;正直花奈子;三宅秀人;荒木努
• 通讯作者: 荒木努

Direct growth of GaN film on ScAlMgO4 substrate by radio-frequency plasma- excited molecular beam epitaxy

射频等离子体激发分子束外延在 ScAlMgO4 衬底上直接生长 GaN 薄膜

• DOI: 10.35848/1882-0786/acb894
• 发表时间: 2023
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: T. Araki;S. Kayamoto;Y. Wada;Y. Kuroda;D. Nakayama;N. Goto;M. Deura;S. Mouri;T. Fujii;T. Fukuda;Y. Shiraishi;and R. Sugie
• 通讯作者: and R. Sugie

Study of the contact resistance of α-Ga2O3 on m-plane sapphire substrate with respect to Sn concentration using the circular transfer length method

利用圆转移长度法研究α-Ga2O3在m面蓝宝石衬底上的接触电阻随Sn浓度的变化

• DOI: 10.35848/1347-4065/acc03b
• 发表时间: 2023
• 期刊: Jpn. J. Appl. Phys.
• 作者: Y. Yamafuji;J. Kikawa;S. Yamashita;T. Shinohe;T. Araki
• 通讯作者: T. Araki