利用報告書 / User's Report

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2024.07.02】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22QS0111

利用課題名 / Title

高品質InGaNエピタキシャル結晶実現のための成長その場X 線回折測定

利用した実施機関 / Support Institute

量子科学技術研究開発機構

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（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

化合物半導体,結晶成長,量子井戸構造,X線回折/X-ray diffraction,放射光/Synchrotron radiation,原子薄膜/ Atomic thin film,フォトニクス/ Photonics,量子効果/ Quantum effect,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,高品質プロセス材料/ High quality process materials,ナノフォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,ナノエレクトロニクスデバイス/ Nanoelectronics device,量子効果デバイス/ Quantum effect device


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)

山口 智広

所属名 / Affiliation

工学院大学先進工学部応用物理学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

佐々木拓生

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

QS-113：表面X線回折計


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

赤色発光マイクロLEDに必要となるGaNテンプレート上高品質InGaNヘテロエピタキシャル膜成長手法探索のため、その場X線回折測定を用いて格子緩和挙動の観察を行った。

実験 / Experimental

【利用した装置】：表面X線回折計
【実験方法】
大型放射光施設SPring-8 BL11XUのMBE-XRD装置を用い、GaN/Al2O3テンプレート上にInGaN成長を行った。InGaN低温緩衝層の成長温度を470℃、540℃、600℃とし、InGaN膜の成長温度は700℃で固定した。また、referenceとして低温バッファ層を挿入していない膜を製作した。
InGaN成長中に二次元X線検出器とサンプル位置を調整することにより、10-11格子点のX線回折を測定し、成長中のIn組成と緩和率の挙動を調べた。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1 に 実験に利用したMBE-XRD装置を示す。結晶成長MBE装置がXRDゴニオメータ上に搭載されており、結晶成長しながらの動的挙動観察を可能にしている。Fig. 2にInGaN膜の緩和率の変遷結果を示す。バッファ層を挿入しない場合、成長が進むにつれ格子緩和が起こる。一方、低温バッファ層を挿入すると、初期から高い格子緩和が実現できるが、時間とともに再び歪んでくる現象が確認できる。この現象は2021B期にも確認されていたが、バッファ層の成長温度によらず、エピ膜が同じような変化を伴いながら成長とともに歪んでくる現象を今回新たに確認した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


Fig. 1 MBE-XRD system.



Fig. 2 Transition of relaxation ratio of InGaN during growth.


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は、量研の佐々木拓生博士との共同研究である。本研究の一部は、科研費(20K05348)の援助を受けて行われた。


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)
  1. Yasushi Nanishi, Plasma-excited MBE—proposal and achievements through R&D of compound semiconductor materials and devices, Japanese Journal of Applied Physics, 61, SA0810(2022).
    DOI: 10.35848/1347-4065/ac3d0c
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 山口智広, 山田純平, 富樫理恵, 田原開悟, 赤川広海, 佐々木拓生, 村上尚, 尾沼猛儀, 本田徹, 名西憓之, 岸野克巳, “RF-MBE成長赤色発光MQWにおけるGaInN下地層挿入の効果” 第83回応用物理学会秋季学術講演会, 令和4年9月22日.
  2. 竹内丈, 佐々木拓生, 藤川誠司, 横山晴香, 尾沼猛儀, 本田徹, 山口智広, 名西憓之, “その場XRD RSMを用いたRF-MBE GaInNヘテロエピタキシャル成長における緩和過程” 第83回応用物理学会秋季学術講演会, 令和4年9月20日.
  3. J. Takeuchi, T. Sasaki, H. Yokoyama, T. Onuma, T. Honda, T. Yamaguchi, “Structural analysis in epitaxial growth of GaInN by RF-MBE using XRD-RSM” The 21st International Symposium on Advanced Technology, 令和4年9月25日.
  4. 竹内丈, 佐々木拓生, 横山晴香, 尾沼猛儀, 本田徹, 山口智広, 名西憓之, “その場XRD-RSMを用いた GaN上 GaInN Buffer層挿入GaInN RF-MBE成長における格子緩和過程観察” 第70回応用物理学会春季学術講演会, 令和5年3月15日.
  5. 竹内 丈、佐々木 拓生、大熊 豪、横山 晴香、尾沼 猛儀、本田 徹、山口 智広、名西 憓之、”その場XRD-RSMを用いたGaN上GaInN Buffer層挿入GaInN RF-MBE成長 -GaInNの成長温度依存性-”、第84回応用物理学会秋季学術講演会（熊本）、令和5年9月21日
  6. Jo Takeuchi, Takuo Sasaki, Go Okuma, Takeyoshi Onuma, Tohru Honda, Tomohiro Yamaguchi, Yasushi Nanishi, "Growth Temperature Dependence of Lattice Relaxation Process in RF-MBE Growth of GaInN with Insertion of GaInN Buffer Layer on GaN", 14th International Conference on Nitride Semiconductors (Fukuoka), 令和5年11月14日
  7. Tomohiro Yamaguchi, Takuo Sasaki, Jo Takeuchi, Takeyoshi Onuma, Tohru Honda, Yasushi Nanishi, "In situ Observation Using Synchrotron XRD-RSM in RF-MBE Growth of InGaN/GaN Inserting LT-InGaN Buffer Layer", 5th International Symposium of the Vacuum Society of the Philippines (Bagio, Philippines), 令和6年1月18日
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

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