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A01グループ

A01-1:非平衡状態の時間ドメイン制御による特異構造の創製

  • 研究代表者:藤岡 洋(東京大学・教授・A01総括)
  • 研究分担者:徳本 有紀(東京大学・講師)

研究代表者が開発してきたパルス励起堆積法と呼ばれる結晶成長では、高い励起(非平衡)状態にある原料の供給を電気的パルスで1000万分の1原子層(100ナノ秒)の精度でコンピュータ制御できます。従来手法では、シャッターなどの機械的部品を用いて原料供給を制御していたので、1原子層程度(1秒)の制御しかできませんでしたが、この新手法を用いると結晶中に0次元から3次元までの任意の形状の特異構造をコンピュータプログラムによって導入可能です。研究分担者は極微領域の構造解析を行い、解析結果を試料作製グループにフィードバックすることで特異構造形成技術の完成に協力します。

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A01-2:平衡状態に基づくトップダウン法による特異構造の創製

  • 研究代表者:三宅 秀人(三重大学・教授)
  • 研究分担者:荒木 努(立命館大学・教授)
  • 研究分担者:宮川 鈴衣奈(名古屋工業大学・助教)

格子不整合の大きいヘテロ接合界面で生じる応力や転位を選択成長や加工基板などのトップダウン法により制御します。結晶成長はMOVPE法とHVPE法を三重大が、MBE法を立命館大が行います。それぞれの結晶成長法の特長を生かしてGaNやAlN、及びそれらの混晶AlGaNをサファイアやSiなどの異種基板上に成長を行います。名工大は基板の加工と評価を担当します。その際に生じる歪みを歪み超格子層(ヘテロボンド層)の挿入や基板加工や選択成長により、意図的に転位やボイドを形成して、歪みの緩和を行います。また、転位の発生、伝搬、消失過程について詳細な解析を行います。ナノ構造、混晶材料の成長に取り組み、特異構造導入で見出される物性を把握し、それを制御する成長及びプロセス技術を開拓します。

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A01-3:多次元・マルチスケール特異構造の作製と作製機構の解明

  • 研究代表者:上山 智(名城大学・教授)
  • 研究分担者:竹内 哲也(名城大学・教授)
  • 研究分担者:岩谷 素顕(名城大学・准教授)
  • 研究分担者:本田 善央(名古屋大学・准教授)

本研究グループでは、科学研究費特定研究、特別推進研究、基盤研究Bさらには若手研究Aをはじめとした様々な研究課題を通じ、低温AlN中間層及び凹凸形成基板による高品質AlGaNの作製(特異基板)、特異ナノ構造の導入による高品質GaInNの作製、さらにはアンチモン等異種元素の活用などを進めてきました。これらの意図的かつ制御されたマイクロメートルからサブナノメートルのマルチスケール特異構造(特異元素・特異ナノ構造・特異基板)は、世界最短波長・紫外半導体レーザ(発表当時)や高効率紫外LED、紫外線ディテクターさらには窒化物半導体太陽電池など革新的なデバイスを実現してきました。今後、さらにこの分野を発展させ新たな学問分野にするためには、これらの特異構造の理解、さらにはマルチスケール化・多次元化が必要不可欠です。本研究課題では、結晶成長中にX線や多色レーザ光を用いたその場観察技術を駆使し、これらマルチスケール特異構造の物性・機構を解明・理解しそれによって新しい学問として発展させます。さらにはその物理を理解することによって、新たに多次元・マルチスケール特異構造を創出し、新しい結晶材料科学の創生に貢献します。

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A01-4:化学平衡・非平衡制御による特異構造のボトムアップ創製

  • 研究代表者:熊谷 義直(東京農工大学・教授)
  • 研究分担者:村上 尚(東京農工大学・准教授)

安定相の結晶構造が異なるワイドバンドギャップIII族酸化物半導体結晶群の化学平衡・非平衡下成長を、高純度結晶の高速成長に適するハライド気相成長法で検討します。原料部で生成したIII族ハライド分子を、成長部で含酸素分子種と化学平衡・非平衡下で反応させます。実験と計算化学の協調で、準安定相の発現を利用するIII族酸化物結晶の相整合混晶成長でバンドエンジニアリングの道を拓きます。また、安定相と準安定相が混在する二次元特異面形成とそれに続く安定相優勢成長でヘテロ界面の応力・転位伝播の制御(三次元特異構造)技術を確立します。解析グループ(B01,B02)と連携し物性・構造を解析し、成果を新規デバイス展開技術としてデバイスグループA02へ提供します。

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A01-5:計算科学によるヘテロボンドの理論的材料設計

  • 研究代表者:伊藤 智徳(三重大学・教授)
  • 研究分担者:平松 和政(三重大学・教授)
  • 研究分担者:秋山 亨(三重大学・准教授)
  • 研究分担者:河村 貴宏(三重大学・助教)
  • 研究分担者:寒川 義裕(九州大学・教授)

伊藤・秋山(三重大)は特異構造『基』であるヘテロボンドの性質を電子構造に注目して理論解析するとともに、特異構造『場』としての表面(2次元欠陥)ならびにその寄与が大きいナノ構造を中心に、ヘテロボンド導入による積層・組成変調、結晶構造変換、制御について成長条件をパラメータとする検討を行う。寒川(九大)・河村(三重大)は、特異構造『場』としての界面(2次元欠陥)、転位(1次元欠陥)を中心にヘテロボンド導入過程を検討、加工基板(3次元欠陥)も対象に界面・表面偏析、面内組成変調について理論予測を行う。計算手法としては、,第一原理計算、量子統計化学手法を基盤として、モンテカルロ法、分子動力学法を併用する。また平松(三重大)のリアルタイム結晶ひずみ解析と有機的に結合することで、ヘテロボンドに注目した『基』と『場』の相互作用を解明、各種欠陥を活用した特異構造創成指針を確立する。

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