【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24QS0111
利用課題名 / Title
GaNリモートエピタキシーへの基板ステップの影響のリアルタイムX線回折による解析
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）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
二次元物質, 化合物半導体, MBE, 分子線エピタキシー,原子薄膜/ Atomic thin film,X線回折/ X-ray diffraction,放射光/ Synchrotron radiation,高周波デバイス/ High frequency device,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,エレクトロデバイス/ Electronic device,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation
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)
日比野 浩樹
所属名 / Affiliation
関西学院大学工学部物質工学課程
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
小田 昂到,横澤 翔太,Harries James,岡本 幸大,大原 祐希,福井 健太
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
佐々木 拓生,大和田 謙二,押目 典宏
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
リモートエピタキシーは、グラフェンを介して薄膜を基板上にエピタキシャル成長させる技術であり、薄膜を基板から容易に剥離できるという特長を持つ[1]。GaNのリモートエピタキシーが実現すれば、GaN薄膜を剥離後に基板を再利用することで、GaNウェハのコストを削減できるだけでなく、剥離したGaN薄膜を活用してフレキシブルデバイスなどの新たな応用を開拓することも可能となる。そのため、本技術は産業界において大きなインパクトを持つと期待される。我々は、高品質なGaN薄膜をサファイア基板上にリモートエピタキシャル成長させる技術を確立することを目指しており、本研究課題では、結晶成長全般において重要な役割を担う基板ステップが、GaNリモートエピタキシーに及ぼす影響の解明を目指した。
実験 / Experimental
SPring-8のビームラインBL11XUに設置されたRFプラズマ分子線エピタキシー（RF-MBE）装置とX線回折（XRD）計が一体化したMBE-XRDシステムを用いて、グラフェンを直接成長させたc面サファイア基板上でGaN結晶成長中の格子変形をリアルタイム観察した。結晶成長に対する基板ステップの影響を調べるため、ステップ密度が異なる三種類の基板を用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
これら三種類の基板上でGaN成長中に測定したXRDパターンを解析し、GaNの格子定数の膜厚依存性を求めた。その結果、結晶成長最初期における格子歪みの大きさにはステップ密度の影響が見られなかったが、膜厚の増加に伴う歪みの緩和には差異があり、ステップ密度が高い基板ほど格子緩和が緩やかであることが示された。このことから、グラフェンは基板ステップをカーペット状に覆うものの、ステップによって生じた起伏が、GaNの格子緩和を阻害する要因となった可能性が示唆される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] Y. Kim et al., Nature 544, 4340 (2017).
[2] W. Kong et al., Nat. Mater. 17, 999 (2018).
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.
- 小田昂到, 佐々木拓生, 福井優太，横澤翔太 日比野浩樹, "グラフェンを直接成長させたサファイア基板上でのGaNリモートエピタキシーのリアルタイムX線回折", 2025年第72回応用物理学会春季学術講演会（野田市）, 令和7年3月15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