【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2025.04.14】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23QS0010

利用課題名 / Title

赤色発光InGaN量子構造形成におけるその場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 / QST

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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【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

窒化物半導体,X線回折/ X-ray diffraction,放射光/ Synchrotron radiation,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,原子薄膜/ Atomic thin film,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/技術/ High quality process materials/technique,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,エレクトロデバイス/ Electronic device,光デバイス/ Optical 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

竹内 丈,守屋 潤希,Harries James

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

佐々木 拓生,押目 典宏,大和田 謙二

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InGaN量子構造形成のための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時の格子緩和挙動の観察をその場観察を用いて行った。

実験 / Experimental

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540℃で固定し、InGaN膜の成長温度は660℃、700℃、740℃と変化させた。
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

図1にInGaN膜の緩和率の変遷結果を示す。低温バッファ層を挿入することによりInGaN膜成長初期から高い格子緩和が実現できることはこれまでの実験を通して明らかにしている。しかしバッファ層で大きく緩和を促進させたとしてもInGaN膜成長とともに再び歪んでくる現象を2022B期に確認した。今回、成長温度を660℃、700℃、740℃と変化させることにより、その歪度合いが成長温度に大きく関係することを明らかにした。この歪状態の制御は赤色発光InGaN量子構造形成の上で非常に重要となる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Transition of relaxation ratio of InGaN grown at different temperature.

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)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 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.
2. 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.
3. 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 .
4. 山口智広, 名西憓之, 佐々木拓生, 高橋正光, 赤川広海, 尾沼猛儀, 本田徹, 富樫理恵, 岸野克巳, "GaInNのRF-MBE結晶成長と赤色発光デバイス応用", 日本結晶成長学会誌 (Journal of the Japanese Association for Crystal Growth), 51(2), 51-2-06 (2024).
5. Yamaguchi Tomohiro, Sasaki Takuo, Akagawa Hiromi, Takeuchi Jo, Shindo Ryota, Onuma Takeyoshi, Honda Tohru, Togashi Rie, Nanishi Yasushi, Kishino Katsumi, "RF-MBE Growth of InGaN Film and Nanocolumn Array on GaN", 2024 International Symposium on Novel and Sustainable Technology (2024 ISNST)　(Tainan/Taiwan), 令和6年10月17日.
6. Yamaguchi Tomohiro, Sasaki Takuo, Moriya Mitsuki, Onuma Takeyoshi, Honda Tohru, Takahashi Masamitsu, Nanishi Yasushi, "In-situ Monitoring using RHEED and XRD in RF-MBE Growth of GaInN", SPIE Photonics West (San Francisco/USA), 令和7年1月27日, 招待講演.
7. Moriya Mitsuki, Sasaki Takuo, Takeuchi Jo, Onuma Takeyoshi, Honda Tohru, Yamaguchi Tomohiro, Nanishi Yasushi, "ScAlMgO4基板上RF-MBE法GaInN成長におけるその場XRD-RSMを用いた成長初期過程観察", 第72回応用物理学会春季学術講演会（野田市）, 令和7年3月17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