【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0215
利用課題名 / Title
窒化物半導体の電場分布観察
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）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（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
表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,電子顕微鏡/ Electronic microscope,エレクトロデバイス/ Electronic 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)
蟹谷 裕也
所属名 / Affiliation
ソニーセミコンダクターソリューションズ株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
遠山 慧子,小島 嘉文
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
柴田 直哉
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
窒化ガリウムをはじめとするワイドバンドギャップ半導体は、省エネルギーかつ高速なデバイス材料として利用されている。このようなデバイス材料の特性向上において、転位や結晶界面等の欠陥構造における電場・電荷分布が非常に重要である。そこで本研究では、半導体欠陥の電場分布を定量的に観察する手法開発を目的とする。ARIM利用においては、薄膜中の欠陥原子構造の特定および組成分布の観察を行った。
実験 / Experimental
GaN系半導体ヘテロ薄膜に対して，収束イオンビームにより断面TEM試料を作製した．本試料に対して透過電子顕微鏡(NEO ARM)の明視野暗視野法を用いた観察、および走査透過電子顕微鏡(STEM)による原子分解能構造解析と元素マッピングを行った．
結果と考察 / Results and Discussion
T E M観察により、結晶欠陥構造の特定を行った。さらに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（図1）を行った．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組成分布評価を行い、本試料が電場観察手法開発に最適であるとの結論を得た。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
窒化ガリウムの原子分解能HAADF-STEM像
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, Nanoscale electromagnetic field imaging by advanced differential phase-contrast STEM, Nature Reviews Electrical Engineering, 2, 27-41(2024).
DOI: 10.1038/s44287-024-00117-7
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, 柴田 直哉，”tDPC STEMによるデバイス・材料局所電磁場観察”日本顕微鏡学会学術講演会（千葉），2024年06月03日
- 小島 嘉文, 遠山 慧子, 関 岳人, 幾原 雄一, 柴田 直哉”電圧印加その場DPC STEMによるpn接合内蔵電場応答の解析”日本顕微鏡学会学術講演会（千葉），2024年06月03日
- 小島 嘉文, 遠山 慧子, 関 岳人, 幾原 雄一, 柴田 直哉”電圧印加その場DPC STEMによるpn接合空乏層の電場応答解析”日本金属学会秋期講演大会（大阪），2024年09月18日
- Yoshifumi Kojima, Satoko Toyama, Takehito Seki, Yuichi Ikuhara, Naoya Shibata"In situ biasing DPC STEM observation of p-n junction depletion layers", FEMMS 2024 (Catania, Italy), September 30th 2024
- Satoko Toyama, Takehito Seki, Naoya Shibata "Real-Space Observation of Electric Fields and Charge Densities at Crystal Interfaces Using Advanced Differential Phase Contrast STEM", The 13th Asia Pacific Microscopy Congress (Brisbane Australia), Feb. 5th 2025
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