【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.30】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT0044
利用課題名 / Title
窒化ガリウム系半導体ヘテロ接合の断面観察
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/Electron microscopy,電子顕微鏡/Electron microscopy,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
蟹谷 裕也
所属名 / Affiliation
ソニーグループ株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
遠山慧子
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-001：低加速電圧対応原子分解能走査型透過電子顕微鏡
UT-004：環境対応型超高分解能走査透過型電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年の半導体デバイスは微細化が著しく，原子レベルでの構造制御が必要となる．さらにその内部では，構造に起因する伝導キャリアが局所に存在し，それらがデバイス機能発現の鍵となる．例えば窒化ガリウム(GaN)系半導体では，組成を変化させたヘテロ薄膜を形成することで，界面の分極変化に応じ自発的に電子もしくはホールが界面に局在する．このような界面電荷は二次元電子(/ホール)ガスと呼ばれ，その高い移動度から，高移動度トランジスタとして用いられる．本研究ではGaN系半導体の界面キャリアの局所解析を最終的な目的としており，今回は共用装置を用いた薄膜試料の構造観察，組成分析を行った．
実験 / Experimental
GaN系半導体ヘテロ接合薄膜に対して，収束イオンビームにより断面TEM試料を薄膜化した．本試料に対して走査透過電子顕微鏡(STEM)による原子分解能構造解析を行った．
結果と考察 / Results and Discussion
高角度散乱暗視野法(HAADF) STEM法，環状暗視野(ABF) STEM法により試料の原子構造観察を行った．その結果，作製した薄膜試料の界面近傍には，misfit転位などの欠陥が存在しないことを確認した．さらにエネルギー分散型X線分光(EDS)を用いることで界面の急峻性，および膜内部の組成均一性を評価した．取得した構造を用いて，ポアソンシミュレーションを行い，本構造中ではどの程度界面伝導キャリアが存在するかを見積もることに成功した．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Satoko Toyama, The Observation of Local Electric Fields in GaN/AlGaN/InGaN Multi-heterostructures by Differential Phase Contrast STEM, IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems, 142, 367-372(2022).
DOI: 10.1541/ieejeiss.142.367
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Satoko Toyama, Quantitative electric field mapping in semiconductor heterostructures via tilt-scan averaged DPC STEM, Ultramicroscopy, 238, 113538(2022).
DOI: 10.1016/j.ultramic.2022.113538
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Satoko Toyama, Real-space observation of a two-dimensional electron gas at semiconductor heterointerfaces, Nature Nanotechnology, 18, 521-528(2023).
DOI: 10.1038/s41565-023-01349-8
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 遠山慧子, 関岳人, 蟹谷裕也, 工藤喜弘, 冨谷茂隆, 幾原雄一, 柴田直哉, 「DPC STEM を用いたGaN 系半導体ヘテロ接合界面における二次元電子ガス分布の直接観察」，日本顕微鏡学会，2022年5月
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件