KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) -
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GaNのIMPATT格子によるコヒーレントハイパワーTHz源
Grant number：22H00213 2022.4 - 2027.3
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
天野 浩
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\41340000 （ Direct Cost: \31800000 、 Indirect Cost：\9540000 ）
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Growth of high-quality bulk GaN substrate by ammonothermal method
Grant number：19F19752 2019.7 - 2021.3
Authorship：Other
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nGaN nanorod-based energy-harvesting/energy-saving devices/systems
Grant number：18F18347 2018.11 - 2020.3
Authorship：Other
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分極を有する半導体の物理構築と深紫外発光素子への展開
2013.4 - 2016.3
科学研究費補助金 特別推進研究
天野 浩
Authorship：Principal investigator
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圧力印加MOVPEによる高品質InGaN厚膜成長
2010.4 - 2013.3
科学研究費補助金 22246004 基盤研究(A)
天野 浩
Authorship：Principal investigator
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Development of Watt class high power UV laser diodes
2006.4 - 2011.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Principal investigator
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Growth of dislocation-free GaN on Si substrates for long-life optical devices in opto-electronic integrated circuits
2006.4 - 2010.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Coinvestigator(s)
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Study of nanostructure fabrication technology for light-wave control
2006.4 - 2009.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Coinvestigator(s)
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High-Efficiency Nitride-based Power Devices in the Next Generation
2006.4 - 2008.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Principal investigator
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紫外発光ダイオードを用いた皮膚病治療システム
2005.4 - 2006.3
科学研究費補助金 17650155 萌芽研究
天野 浩
Authorship：Principal investigator
光線治療の光源として、中波長紫外線(UV-B)や長波長紫外線(UV-A)を波長域に持つ蛍光管が用いられ、紫外線治療は皮膚疾患の治療として一般化している。様々な皮膚疾患に対して、それぞれある特定の波長の光線を用いることが治療に必要である。名古屋市立大学病院では、現在、波長311-313nmのUV-B波により乾癬の治療を実施している。その光源として用いられているのが、オランダのフィリップス社が開発した蛍光管である。蛍光管を用いた光線治療システムは、大面積での照射が可能であり、また311-313nmのみであるがスペクトル線幅の非常に細い紫外光を得られる特徴がある。しかし、(1)装置が大掛かりで持ち運びできない。(2)装置の設置に数m^2程度の大きな面積が必要である。(3)大面積照射のため正常部位にも照射してしまう。(4)医療従事者の被爆の可能性がある。更に、(5)現在では、スペクトル線幅の非常に細い紫外光は311-313nmのみであり、利用可能な波長が蛍光管によって限定されて波長選択性に乏しい、などの問題点があった。これらを解決する方法として、小型UV光源である半導体発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が注目される。III族窒化物半導体を用いたUV LEDは急速に開発が進んではいるものの、360nm以下の短波長では、現在も効率は数%程度である。本研究では、市販のUV LEDによる紫外線照射装置を用い、健全細胞よりもUV光に対する感度が高い腫瘍細胞のうち、ヒト急性T細胞性白血病細胞株であるJurkat細胞に対してUV照射を行い、細胞の自発的な死である、いわゆる細胞のアポトーシス、および壊死の状態であるネクローシスが観測されるかどうかを確認することを目的とした。その結果、従来の大型蛍光管を用いたものと同等のアポトーシス及びネクローシスを確認した。
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Defect reduction of super widegap semiconductor AlN by high temperature metalorganic vapor phase epitaxy and device applications
2003.4 - 2006.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Principal investigator
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サファイア基板上へのレーザアシスト超高品質AlNエピタキシャル成長
2003.4 - 2004.3
科学研究費補助金 15656008 萌芽研究
天野 浩
Authorship：Principal investigator
本萌芽研究は、トリメチルアルミニウムと純窒素を原料に用いた、MOVPE法による高品質AlN単結晶薄膜の成長を目的として行った。
従来、MOVPE法によるAlN薄膜の成長時の基板温度は、せいぜい1,300℃程度までである。しかし、本申請者は独自の凹凸加工を施したAlNでの表面泳動の実験より、高品質エピタキシャルAlN薄膜成長には、1,800℃以上の高温で製膜することが必要であることを見出した。従来のMOVPE法で1,300℃程度で成長が行われていたのは、窒素原料として反応性の高いアンモニアが用いられていたからであり、本来のエピタキシャル成長温度よりずっと低いことから高品質結晶を得るには至っていない。また研究開始当初は、1,800℃という高温で製膜可能なMOVPE装置部品、特に基板を加熱する為のサセプタがなかった。そこで、炭酸ガスレーザを援用し、基板表面だけ加熱する事により高品質AlNの製膜に必要な1,800℃の確保を試みた。
しかしながら、使用した炭酸ガスレーザでは、パワーが少ないことから、表面の温度を上げるには至らなかった。そのため、研究計画を根本から再検討し、1,800℃で使用可能なMOVPE装置部品、特に基盤加熱に用いるサセプタ材料を探索した。いくつかの材料のうち、CVD法で製膜したカーボンをコーティングしたグラファイトが安定性・寿命および制御性にすぐれていることが分かった。現在、そのCVDカーボンコーティンググラファイトを使用してAlNの製膜実験を遂行中である。本萌芽研究は、トリメチルアルミニウムと純窒素を原料に用いた、MOVPE法による高品質AlN単結晶薄膜の成長を目的として行った。
従来、MOVPE法によるAlN薄膜の成長時の基板温度は、せいぜい1,300℃程度までである。しかし、本申請者は独自の凹凸加工を施したAlNでの表面泳動の実験より、高品質エピタキシャルAlN薄膜成長には、1,800℃以上の高温で製膜することが必要であることを見出した。従来のMOVPE法で1,300℃程度で成長が行われていたのは、窒素原料として反応性の高いアンモニアが用いられていたからであり、本来のエピタキシャル成長温度よりずっと低いことから高品質結晶を得るには至っていない。また研究開始当初は、1,800℃という高温で製膜可能なMOVPE装置部品、特に基板を加熱する為のサセプタがなかった。そこで、炭酸ガスレーザを援用し、基板表面だけ加熱する事により高品質AlNの製膜に必要な1,800℃の確保を試みた。
しかし -
Fabrication of nitride-based zero dimensional structure by mass-transport and green laser diode
2000.4 - 2002.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Coinvestigator(s)
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光励起及び結合長制御不純物共添加による超低抵抗p型III族窒化物の作製
2000.4 - 2001.3
科学研究費補助金 12875006 萌芽的研究
天野 浩
Authorship：Principal investigator
GaN系III族窒化物半導体は、サファイアを基板とする場合、本申請者のグループが1986年に開発した成長モード制御法が一般化している。この結晶成長法が基礎となり、伝導性制御が可能となり、1989年には不可能とまで云われたp型結晶及びpn接合が実現した。
現在、有機金属化合物気相成長法によりGaNにおいて、室温での抵抗率数Ωcm、自由正孔濃度10^<18>cm^<-3>台のp型伝導性結晶が再現性良く得られている。n型結晶は抵抗率10^<-3>Ωcm以下、自由電子濃度10^<19>cm^<-3>台であり、p型結晶の電気的特性は、今だ十分な水準とは云えない。また、よりバンドギャップの大きいAlGaNに至っては、AlNモル分率0.3を超えると、p型伝導性を生じさせるのは現状では極めて困難である。
アクセプタ不純物としてMgが用いられているが、1.水素により不活性化すること、2.活性化エネルギーが大きいこと、が問題である。1.については、成長後低加速電子線照射処理などにより、ある程度脱水素化することは可能であるが、2.については本質的な問題である。本研究では、これらの問題の解決を探る方法を検討する。
ドナーであるシリコンをコドープして特性を評価したが、p型の正孔濃度がN_A-N_Dに従い、ドープしたシリコン濃度に従って減少するという、極常識的な結果であった。理論の中には、Mgの形成するアクセプタ準位の形成機構を考慮してコドープの効果を論ずるものも見受けられるが、本実験からは、Mgアクセプタの形成は、水素原子様であり、単純であると推測された。AlGaN中へのMgのドーピングに関しては、二次元正孔形成の可能性が見出され、今後の研究の発展が期待される。 -
Reduction of threading dislocations in group III nitride grown by vapor phase epitaxy and in-situ monitoring of the grown-in stress
1999.4 - 2001.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Principal investigator
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All solid state vacuum ultraviolet lasers
1997.4 - 1999.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Principal investigator
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Fabrication of super sensitive ultraviolet photodetector
1997.4 - 1999.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Coinvestigator(s)
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Study on the fabrication of group III nitride based devices operated in the uncultivated region
1995.4 - 1998.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Coinvestigator(s)
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Study on the fabrication and properties of low dimensional structure based on group III nitride semiconductors on GaN substrates
1995.4 - 1997.3
Grant-in-Aid for Scientific Research
Authorship：Principal investigator
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シリコンを基板として用いたIII族窒化物大型バルク単結晶の作製に関する研究
1994.4 - 1996.3
科学研究費補助金 一般研究B
赤﨑 勇
Authorship：Coinvestigator(s)
本研究は、二つのテ-マに大別できる。即ち、(1)OMVPE法或いはMBE法により大面積Si 基板上にGaNを作製し、(2)それを種結晶としてHVPE法によりGaNを高速成長させる事である。(1)について、本研究グル-プは研究開始当初より既にAlN中間層を用いたSi基板上へのGaNの作製の検討をしていたが、最大の問題点はSiとGaNの熱膨張係数最に基づくクラックの発生であった。そこで、本研究では、A.GaNの薄膜化によるクラックの抑制、及びB.一部絶縁層で覆った上への横方向成長、即ちエピタキシャルラテラルオ-バ-グロ-ス (ELO)(西永等)法等の方法を検討し、大面積でしかもクラックの無い単結晶の作製を狙った。(2)について、大型単結晶の作製には、再現性良く、しかも高速成長可能な成長法の開発が必要である。HVPE法では、成長速度が最大0.1mm/hであり、しかも成長速度の再現性に乏しい。本研究では、成長装置を工夫し、出来る限り早い成長速度を実現する事を目的とした。以下、得られた成果を纏める。 (1)OMVPE法によるSi基板上のGaN単結晶の作製サファイアの場合における低温堆積緩衝層と異なり、高温1,100℃程度でAlN単結晶を成長し、その上にGaNを成長することにより、高品質GaNの成長が可能となった。室温において、初めて励起子に基づく遷移が反射光変調スペクトルより確認された。得られた膜は、熱膨張係数の違いにより、強い引っ張り応力を受けていることが分かった。 (2)HVPE法の改良 GaCl_3とTMGaを供給可能な装置を試作し、まずサファイア上に低温堆積緩衝層を用いてOMVPE法で高品質GaNを成長の後、HVPE法でGaN を成長させる事により、再現性良く高品質GaN厚膜の成長が可能である事が分かった。 -
シリコン基板上への窒化物半導体結晶成長
1993.4 - 1994.3
科学研究費補助金
赤﨑 勇
Authorship：Coinvestigator(s)
GaNを中心とするIII族窒化物半導体、AlGaN,GaN及びGaInNは、室温で安定相であるウルツ鉱構造を形成する場合、全て直接遷移型バンド構造を有し、しかもそのバンドギャップが室温で1.9eVから6.2eVと広範囲に亙ることから、特に400nm台の可視短波長、及び紫外光のレ-ザダイオ -ドの実現、或いはフルカラ-発光ダイオ-ドの実現にとって有望である。通常、III族窒化物半導体はサファイア基板上に作製するが、サファイアが絶縁性であること及び堅牢であることなどから、加工の容易な低抵抗材料基板が望まれていた。Siは加工及び低抵抗化が容易であるため、有望な基板用材料である。しかしながら、III族窒化物とSiは結晶構造或いは原子配列周期が異なるため、高品質結晶の作製は容易ではなかった。本研究では、本科学研究費の補助などにより、【.encircled1.】Si基板上への高品質結晶作製のためのMOVPE装置の作製、及び【.encircled2.】Si基板上への高品質結晶作製法の確立を目的として研究を行った。その結果、1.二層流横型MOVPE炉の導入により、極めて制御性のよい成長が可能となった。また、 2.GaN、AlGaN或いはGaInN成長の前に、比較的高温でSi基板上にAlNを中間層として成長することによりサファイア基板上と同程度の高品質結晶の作製が可能であることが明かとなった。しかしながら、熱膨張係数の違いによりクラックが発生してしまうこともわかり、現在までデバイス作製には成功していない。今後、クラック発生を抑制する方策を検討していく予定である。
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窒化物半導体極短波長面発光レ-ザの研究
1993.4 - 1994.3
科学研究費補助金 一般研究C
天野 浩
Authorship：Principal investigator
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窒化物ワイドギャップ半導体の結晶成長の低温化に関する研究
1991.4 - 1992.3
科学研究費補助金 一般研究C
平松 和政
Authorship：Coinvestigator(s)
1.サファイア基板上に成長させたGaN(0001)単結晶膜上に常圧MOVPE法を用いて、窒素原料ガスとTMIn(トリメチルインジウム)原料ガスを交互に供給することによりInNの成長を試みた。その結果、340〜380℃の低温で単結晶InN単結晶薄膜を成長させることに成功した。1パルス当たりのTMInの供給量が0.22μmolの場合には、Inのドロップレットが発生しRHEEDはハロ-パタ-ンを示すのに対し、TMInの供給量を減少させ NH_3の供給量を増加させるとともにNH_3供給時にはH_2の供給を止めることにより、膜質を改善することができた。また、同様な条件において TMInとNH_3を同時に供給した場合、単結晶が得られなかったことから、原料ガスの交互供給がこの温度での単結晶成長に必要不可欠であることが明らかになった。 2.窒化物半導体の低温での結晶成長をサファイア以外にSi基板上においても実現するために、まず通常の高温(1050℃)で常圧MOVPE法によりSi 基板上にGaNの結晶成長を行った。Si基板上に直接GaNを成長させた場合には、膜は多結晶になり多くの粒状結晶からなることが分かった。他方、Si基板上にSiC中間層(〜200nm)を介して成長さたGaN薄膜は、表面平坦性が良好で単結晶であることが確認された。この結果、SiC中間層がSi基板上の窒化物半導体の結晶成長に重要な役割を果たすことが明らかになった。このことから結晶成長温度の低温化においても中間層の検討が必要であることが示唆された。 3.窒化物半導体による多層構造の作製およびその低温成長の可能性を探るために、まず通常の高温でGaN/Al_xGa_<1-x>Nの多層構造の成長を常圧MOVPE法により試みた。得られた膜をX線回折法等により評価した結果、4.5nm〜60nmの周期をもつ多層構造が GaN(0001)/サファイア基板上に実現していることが判明した。
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高性能GaN系青色LEDの試作研究
1987.4 - 1989.3
科学研究費補助金
赤﨑 勇
Authorship：Coinvestigator(s)