【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.12】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23OS0047
利用課題名 / Title
化合物半導体ナノワイヤ構造の断面構造評価
利用した実施機関 / Support Institute
大阪大学 / Osaka Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,集束イオンビーム/ Focused ion beam,電子回折/ Electron diffraction,量子効果/ Quantum effect
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)
舘林 潤
所属名 / Affiliation
大阪大学 工学研究科
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
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
OS-005：複合ビーム３次元加工・観察装置
OS-003：200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
超スマート社会の実現に向け、次世代ディスプレイ技術の開発が近年盛んに行われている。我々は、素子サイズを格段に小型化できる構造としてGaN系ナノワイヤに注目している。ナノワイヤ構造は格子不整合を無視した材料組成を組み合わせた結晶成長が可能であり、成長条件を変化させることで直径及び高さを制御することができる。また、フレキシブル基板に転写することが可能であり、ナノワイヤ1本を素子とした3原色フレキシブルナノ発光源の実現を目指している。我々はその第一歩として、希土類元素であるEuを添加したGaN(GaN:Eu)を発光層に用いた赤色発光ナノワイヤの作製に成功している。一方で、緑色の希土類発光を半導体で実現すべく、Tbを添加したAlGaN(AlGaN:Tb)薄膜の結晶成長に取り組んでいる。本研究では、この技術をナノワイヤ構造に応用したAlGaN:Tb/GaNナノワイヤの作製に取り組み、光励起下でTb3+イオンに起因する発光を室温にて観測した。その際、AlGaN:Tb/GaNナノワイヤのAl組成分布を評価するため収束イオンビームにより断面加工を施しEDXによりAl組成の同定を行った。
実験 / Experimental
本研究では、(0001)サファイア基板上に無添加GaN (ud-GaN)層成長後、円孔を三角格子状に配置したSiO2マスクパターンを電子線描画および反応性イオンエッチングにより形成した。その後、選択有機金属気相エピタキシャル法 (Organometallic Vapor Phase Epitaxy: OMVPE) によりud-GaNコア、AlGaN:Tb層の順に再成長を行った。試料構造をFig.(a)に、ud-GaNコアナノワイヤのSEM像をFig.(b)に示す。ナノワイヤ成長後、走査型電子顕微鏡(SEM)による構造観察およびフォトルミネッセンス(PL)測定（励起レーザとしてYAG4thレーザ）による発光特性評価を行った。また集束イオンビーム加工によりナノワイヤの断面試料を作製し、断面透過電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分光法(EDS)により構造解析を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.(c)に成長したAlGaN:TbナノワイヤのSEM像を示す。成長条件を最適化することで、AlGaN:Tbナノワイヤから光励起下でTbの発光を得ることに成功した。また、AlGaN:Tb層の成長においてAl原料流量比を増加させることにより、Tbの発光強度が増大することが分かった。作製したナノワイヤについて断面EDSマッピング測定を行ったところ、AlGaN:Tb層がシェル状に成長できていることが確認できた(Fig.(d))。さらに、ナノワイヤをポリジメチルシロキサンと呼ばれるフレキシブル樹脂に転写し、転写後の樹脂中のナノワイヤから光励起下でTbの発光を得ることに成功した(Fig.(e))。これらの結果は、高精細な3原色フレキシブルナノ発光源の実現に向けた重要な成果である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
2-29 図(a) AlGaN:Tb/GaNコアシェルナノワイヤの概略図 (b) GaNコアナノワイヤおよび(c)AlGaN:Tb/GaNコアシェルナノワイヤのSEM像. (d) 作製したナノワイヤのAl組成のEDSマッピング像 (e)PDMSに埋め込まれたAlGaN:TbナノワイヤのPLスペクトル
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] K. Choi et. al., J. Cryst. Growth 58, 357 (2012). [2] B. O. Jung et. al., Cryst. Eng. Comm. 16, 2273 (2014). [3] H. Sekiguchi et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 55, 05FG07 (2016). [4] T. Otabara, Y. Fujiwara et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 61. SD1022(2022). [5] T. Otabara, T. Yoshimura, Y. Fujiwara et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 62 SG1018(2023). [6] R. Komai, Y. Fujiwara et. al., J. Appl. Phys. 131, 073102 (2022). [7] 吉村拓真, 藤原康文 他, 日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会2023年度第2回研究会(2023).
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.
- 吉村拓真, 舘林潤, 藤原康文 他, 日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会2023年度第2回研究会(2023).
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