【公開日：2025.07.08】【最終更新日：2025.07.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NR5032

利用課題名 / Title

化合物半導体材料およびデバイスの欠陥解析

利用した実施機関 / Support Institute

奈良先端科学技術大学院大学 / NAIST

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）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/ Electronic microscope

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)

冨谷 茂隆

所属名 / Affiliation

奈良先端科学技術大学院大学　物質創成科学領域　計測インフォマティクス研究室

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

赤瀬 善太郎,宇佐美 翔太,別所 泰成,野島 聖耀

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

小池 徳貴,藤原 正裕,宮家 和宏

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution

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

NR-201：多機能分析走査電子顕微鏡
NR-203：200kV透過電子顕微鏡
NR-204：走査透過電子顕微鏡（STEM）
NR-205：超高分解能電界放出型電子顕微鏡

報告書データ / Report

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

半導体デバイスの作製において、構造と物性の相関を明らかにすることは極めて重要である。本研究では、混晶窒化ガリウム半導体材料であるGaInNにおける表面モフォロジーや結晶欠陥と発光分布との関係を調査するため、各種顕微解析手法を用いた測定を実施した。

実験 / Experimental

走査電子顕微鏡（NR-201、NR-205）、走査透過電子顕微鏡（NR-204）、および透過電子顕微鏡（NR-203）を用いて、表面形態および結晶欠陥構造の予備的な観察を行った。さらに、発光強度および発光波長の空間分布をより高精度に取得するため、カソードルミネッセンス検出器を搭載した走査電子顕微鏡（NR-201）を用いて、走査型電子顕微鏡–カソードルミネッセンス・スペクトルイメージング（SEM-CL Spectrum Imaging, SI）データを取得した。

結果と考察 / Results and Discussion

図1には、InGaN/GaN単一量子井戸（SQW）のSEM-CLスペクトルイメージング（SI）データを示している。青枠にはSEM像を、赤枠にはCLの重心エネルギーマップM₁(x, y)をそれぞれ表示した。右上のパネルには、CL SIデータに基づき、各波長ごとの全ピクセルに対して実施した統計解析の結果を示している。基準となるしきい値には、四分位範囲（IQR_xy [X_CL]）の1.5倍を採用しており、これは正規分布を仮定した場合の95%信頼区間に相当する。対応する下限（Min{4IQRxy [X_CL]})および上限（Max{4IQR_xy [X_CL]})は、それぞれ紫および緑の点線で示され、統計的外れ値（O_xy [X_PL]）は水色のマーカーとしてプロットされている。右下のパネルには、右上パネル中の破線で示された波長λ₍₀₎^CL、λ₍₁₎^CL、λ₍₂₎^CL、λ₍₃₎^CLにおけるモノクロCL像を表示している。これらの画像はすべて、−2.5（黒）から+2.5（白）までの共通グレースケールで標準化されている。また、画像間の相関性を明示するため、Zero-mean Normalized Cross-Correlation（ZNCC）係数とともに、緑および暗赤色の双方向矢印を併記している。 以上の手法により、発光強度および発光波長の空間分布を高精度で把握することが可能となった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1

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

本研究のデータ解析の一部は、岩満一功氏にて行われた。また、本研究のデータ取得に関して、小池 徳貴氏、藤原 正裕氏、および、宮家 和宏氏の多大なる協力をいただいた。ここに各氏に感謝する。１．赤瀬善太郎、岩満一功、大竹義人、冨谷茂隆、「電子顕微鏡法へのインフォマティクス応用」、顕微鏡 60巻1号　2025年4月 出版予定.　２．　K. Iwamitsu, K. Sakai, Z. Akase, A. A. Yamaguchi, S. Tomiya, phys. stat. sol. (b), submitted.Multimodal Luminescence Spectral Imaging Analysis of the InGaN Single Quantum Well Using One-Sided Orthogonal Nonnegative Matrix FactorizationKazunori Iwamitsu, Kenta Sakai, Zentaro Akase, Atsushi A. Yamaguchi, Shigetaka Tomiya.10.1002/pssb.202500040

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. 宇佐美 翔太1・赤瀬 善太郎1・岩満 一功1・横川 俊哉1・藤倉 序章2・冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.住友化学株式会社)、”波長角度分解カソードルミネッセンス法による窒化ガリウム半導体の発光特性評価”第72回応用物理学会 春季学術講演会、東京理科大学 野田キャンパス、2025年3月16日（口頭発表）
2. 岩満 一功1・坂井 健太2・赤瀬 善太郎1・山口 敦史2・冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.金沢工大)、”非負値行列因子分解を活用したInGaN 量子井戸構造のマルチモーダル発光スペクトルイメージング解析 II”第72回応用物理学会 春季学術講演会、東京理科大学 野田キャンパス、2025年3月17日（口頭発表）
3. 池辺 啓太1、岩満 一功1・金木 奨太2・藤倉 序章2・赤瀬 善太郎1・山口 敦史3・冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.住友化学、3.金沢工大)、”ベイズ推定を用いた窒化物半導体の時間分解フォトルミネッセンススペクトルの解析”第72回応用物理学会 春季学術講演会、東京理科大学 野田キャンパス、2025年3月17日（口頭発表）
4. 赤瀬 善太郎1・大竹 義人1・埋橋 淳2・岩満 一功1・山﨑 順3・大久保 忠勝2・冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.物質・材料研究機構、3.大阪大学)、”三次元アトムプローブとTEMデータの融合に向けた非剛体レジストレー ション手法の開発”第72回応用物理学会 春季学術講演会、東京理科大学 野田キャンパス、2025年3月17日（口頭発表）

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