耐放射線性を有す高効率太陽電池および低損失電力変換素子用材料の開発

高效太阳能电池和低损耗电力转换元件用耐辐射材料的开发

基本信息

批准号：
16J04128
负责人：
草場彰
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

III族窒化物半導体の窒化ガリウム（GaN）は，高耐圧・低損失な次世代の電力変換素子（パワーデバイス）用材料として期待されている．また，III族窒化物半導体は耐放射線性に優れているため宇宙利用に適している．縦型GaNパワーデバイスの実現に向けては，低炭素濃度のGaNエピタキシャル層（ドリフト層）を，高速に成長させる必要がある．成長速度（成長駆動力）の解析には，平成28年度に開発した表面構造（面方位・再構成）依存の熱力学解析手法が活用できた．平成29年度は，非平衡量子熱力学に基づく化学吸着モデルを開発した．本年度は，この化学吸着モデルを活用し，GaN有機金属気相成長における炭素不純物混入の面方位依存性を解析した．従来，原料分子の吸着に関しては，吸着エネルギーと分子の化学ポテンシャル比較による解析が行われ，吸着が優位に生じるか否かが理解されてきた．本研究では，前述のモデルによって，不純物分子（メタン）吸着を定量的に解析し，Ga極性面・N極性面における吸着確率の比を求めた．この結果は表面構造（面方位・再構成）に依存するものである．報告されている炭素不純物濃度の面方位依存性についての実験結果は，メタン吸着確率の面方位依存性だけでは，説明付けることができなかった．そこで，結晶表面第1層における不純物原子の安定性まで考慮した不純物混入モデルを提案し，実験結果を説明することができた．以上，本研究課題で提案した「表面構造を考慮する成長速度解析手法・炭素不純物濃度解析手法」は，GaN有機金属気相成長の成長条件最適化に貢献できるものと考える．さらに，他の半導体結晶・成長面方位・気相成長法・不純物原子への適用も期待される．

III组氮化盐半导体中的氮化壳（GAN）有望成为具有高电压电阻和低损耗的下一代功率转换元件（功率设备）的材料。此外，III组氮化物半导体适合在空间中使用，因为它们具有出色的辐射阻力。为了实现垂直的gan动力设备，有必要在高速下种植低碳浓度gan外延层（漂移层）。热力学分析方法取决于2016年开发的表面结构（平面取向和重建），可用于分析生长速率（生长驱动力）。 2017年，我们开发了一种基于非平衡量子热力学的化学吸附模型。今年，我们使用这种化学吸附模型来分析碳杂质污染在GAN金属蒸气相生长中的平面取向依赖性。过去，通过比较吸附能和分子的化学潜力进行了分析，并且已经理解了吸附是否有利。在这项研究中，使用上述模型对杂质分子（甲烷）的吸附（甲烷）进行了定量分析，并确定了在GA和N极地面上的吸附概率之比。该结果取决于表面结构（平面方向和重建）。仅通过甲烷吸附概率的平面取向依赖性来解释碳杂质浓度的平面取向依赖性的实验结果。因此，我们提出了一个杂质污染模型，该模型考虑了晶体表面第一层中杂质原子的稳定性，并能够解释实验结果。以上被认为是“研究主题中提出的表面结构”的“生长速率分析方法和碳杂质浓度分析方法”可以有助于优化GAN有机金属蒸气相生长的生长条件。此外，预计将应用于其他半导体晶体，生长平面取向，蒸气相生长方法和杂质原子。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Formation Mechanism of Singular Structure in AlInN Layer Grown on M-GaN substrate by MOVPE

MOVPE 在 M-GaN 衬底上生长 AlInN 层奇异结构的形成机制

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuya Inatomi;Akira Kusaba;Yoshihiro Kangawa;Kazunobu Kojima;Shigefusa Chichibu
通讯作者：
Shigefusa Chichibu

Steepest-entropy-ascent quantum thermodynamic behavior of ammonia chemical adsorption on GaN(0001) surfaces under MOVPE

MOVPE下GaN(0001)表面氨化学吸附的最速熵上升量子热力学行为

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akira Kusaba;Yoshihiro Kangawa;Kenji Shiraishi;稲富悠也，草場彰，柿本浩一，寒川義裕，小島一信，秩父重英;草場彰，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，寒川義裕，柿本浩一;Akira Kusaba，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，Yoshihiro Kangawa，Koichi Kakimoto
通讯作者：
Akira Kusaba，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，Yoshihiro Kangawa，Koichi Kakimoto

GaN-MOVPE成長におけるCH4吸着確率とC不純物濃度の面方位依存性

GaN-MOVPE 生长中 CH4 吸附概率和 C 杂质浓度的平面取向依赖性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuya Inatomi;Akira Kusaba;Yoshihiro Kangawa;Kazunobu Kojima;Shigefusa Chichibu;草場彰，李冠辰，パヴェウ・ケンピスティ，マイケル・フォン・スパコフスキー，寒川義裕
通讯作者：
草場彰，李冠辰，パヴェウ・ケンピスティ，マイケル・フォン・スパコフスキー，寒川義裕

Thermodynamic Modeling of GaN MOVPE: Contribution of Surface State

GaN MOVPE 的热力学建模：表面态的贡献

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akira Kusaba;Yoshihiro Kangawa;Kenji Shiraishi;稲富悠也，草場彰，柿本浩一，寒川義裕，小島一信，秩父重英;草場彰，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，寒川義裕，柿本浩一;Akira Kusaba，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，Yoshihiro Kangawa，Koichi Kakimoto;Akira Kusaba，Yoshihiro Kangawa，Pawel Kempisty，Kenji Shiraishi，Koichi Kakimoto，Akinori Koukitu
通讯作者：
Akira Kusaba，Yoshihiro Kangawa，Pawel Kempisty，Kenji Shiraishi，Koichi Kakimoto，Akinori Koukitu

Adsorption of ammonia in III-nitrides vapor phase epitaxy: theoretical approach based on steepest-entropy-ascent quantum thermodynamics

III族氮化物气相外延中氨的吸附：基于最速熵上升量子热力学的理论方法

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akira Kusaba;Yoshihiro Kangawa;Kenji Shiraishi;稲富悠也，草場彰，柿本浩一，寒川義裕，小島一信，秩父重英;草場彰，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，寒川義裕，柿本浩一;Akira Kusaba，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，Yoshihiro Kangawa，Koichi Kakimoto;Akira Kusaba，Yoshihiro Kangawa，Pawel Kempisty，Kenji Shiraishi，Koichi Kakimoto，Akinori Koukitu;Akira Kusaba，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，Yoshihiro Kangawa
通讯作者：
Akira Kusaba，Guanchen Li，Michael R. von Spakovsky，Yoshihiro Kangawa