所属
未来材料・システム研究所 附属未来エレクトロニクス集積研究センター 先端物性解析部 教授
大学院担当
大学院工学研究科
職名
教授
連絡先
外部リンク
イカラシ ノブユキ
五十嵐 信行
IKARASHI Nobuyuki
学位 1
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博士（理学） （ 1997年9月 東京工業大学 ）
研究キーワード 5
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結晶欠陥
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デバイス物理
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原子層物質
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電子顕微鏡
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半導体物性
研究分野 3
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その他 / その他 / デバイス物理学
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その他 / その他 / 物性解析
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その他 / その他 / 表面・界面
現在の研究課題とSDGs 1
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超低消費電力デバイス
経歴 4
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名古屋大学・教授
2015年 - 現在
国名：日本国
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ルネサスエレクトロニクス
2011年 - 2015年
国名：日本国
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東京工業大・連携大学院准教授
2008年 - 2015年
国名：日本国
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日本電気株式会社
1988年 - 2011年
国名：日本国
学歴 1
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東京工業大学 理工学研究科 物理学
- 1988年3月
国名： 日本国
所属学協会 2
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公益社団法人日本顕微鏡学会 代議員
2003年4月 - 現在
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公益社団法人 応用物理学会 会員
論文 35
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Fabrication of beta-Mn type Co-Zn-Mn(001) film on MgO single crystal substrate
Oshima Daiki, Kato Takeshi, Ikarashi Nobuyuki, Nagao Masahiro
AIP ADVANCES 13 巻 ( 2 ) 2023年2月
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Process engineering of GaN power devices via selective-area p-type doping with ion implantation and ultra-high-pressure annealing
Kachi Tetsu, Narita Tetsuo, Sakurai Hideki, Matys Maciej, Kataoka Keita, Hirukawa Kazufumi, Sumida Kensuke, Horita Masahiro, Ikarashi Nobuyuki, Sierakowski Kacper, Bockowski Michal, Suda Jun
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 132 巻 ( 13 ) 2022年10月
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Effect of Ultra-High-Pressure Annealing on Defect Reactions in Ion-Implanted GaN Studied by Positron Annihilation
Uedono Akira, Sakurai Hideki, Uzuhashi Jun, Narita Tetsuo, Sierakowski Kacper, Ishibashi Shoji, Chichibu Shigefusa F., Bockowski Michal, Suda Jun, Ohkubo Tadakatsu, Ikarashi Nobuyuki, Hono Kazuhiro, Kachi Tetsu
PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC SOLID STATE PHYSICS 259 巻 ( 10 ) 2022年10月
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Nanoscale Characteristics of a Room-Temperature Coexisting Phase of Magnetic Skyrmions and Antiskyrmions for Skyrmion-Antiskyrmion-Based Spintronic Applications
Shimizu Daigo, Nagase Tomoki, So Yeong-Gi, Kuwahara Makoto, Ikarashi Nobuyuki, Nagao Masahiro
ACS APPLIED NANO MATERIALS 5 巻 ( 9 ) 頁： 13519 - 13528 2022年9月
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Elucidation of PVD MoS2 film formation process and its structure focusing on sub-monolayer region 査読有り
Ono Ryo, Imai Shinya, Kusama Yuta, Hamada Takuya, Hamada Masaya, Muneta Iriya, Kakushima Kuniyuki, Tsutsui Kazuo, Kano Emi, Ikarashi Nobuyuki, Wakabayashi Hitoshi
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 61 巻 ( SC ) 2022年5月
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Effect of beam current on defect formation by high-temperature implantation of Mg ions into GaN 査読有り
Itoh Yuta, Watanabe Hirotaka, Ando Yuto, Kano Emi, Deki Manato, Nitta Shugo, Honda Yoshio, Tanaka Atsushi, Ikarashi Nobuyuki, Amano Hiroshi
APPLIED PHYSICS EXPRESS 15 巻 ( 2 ) 2022年2月
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Effects of the sequential implantation of Mg and N ions into GaN for p-type doping 査読有り
Sakurai Hideki, Narita Tetsuo, Kataoka Keita, Hirukawa Kazufumi, Sumida Kensuke, Yamada Shinji, Sierakowski Kacper, Horita Masahiro, Ikarashi Nobuyuki, Bockowski Michal, Suda Jun, Kachi Tetsu
APPLIED PHYSICS EXPRESS 14 巻 ( 11 ) 2021年11月
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Propagation of threading dislocations and effects of Burgers vectors in HVPE-grown GaN bulk crystals on Na-flux-grown GaN substrates 査読有り
Hamachi T., Tohei T., Hayashi Y., Imanishi M., Usami S., Mori Y., Ikarashi N., Sakai A.
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 129 巻 ( 22 ) 2021年6月
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Observation of domain wall bimerons in chiral magnets 査読有り
Nagase Tomoki, So Yeong-Gi, Yasui Hayata, Ishida Takafumi, Yoshida Hiroyuki K., Tanaka Yukio, Saitoh Koh, Ikarashi Nobuyuki, Kawaguchi Yuki, Kuwahara Makoto, Nagao Masahiro
NATURE COMMUNICATIONS 12 巻 ( 1 ) 2021年6月
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Enhanced activation of Mg ion-implanted GaN at decreasing annealing temperature by prolonging duration 査読有り 国際共著
Nakashima Takuya, Kano Emi, Kataoka Keita, Arai Shigeo, Sakurai Hideki, Narita Tetsuo, Sierakowski Kacper, Bockowski Michal, Nagao Masahiro, Suda Jun, Kachi Tetsu, Ikarashi Nobuyuki
APPLIED PHYSICS EXPRESS 14 巻 ( 1 ) 2021年1月
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Wurtzite AlPyN1-y: a new III-V compound semiconductor lattice-matched to GaN (0001) 査読有り 国際共著
Pristovsek Markus, van Dinh Duc, Liu Ting, Ikarashi Nobuyuki
APPLIED PHYSICS EXPRESS 13 巻 ( 11 ) 2020年11月
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Progress on and challenges of p-type formation for GaN power devices 査読有り 国際共著
Narita Tetsuo, Yoshida Hikaru, Tomita Kazuyoshi, Kataoka Keita, Sakurai Hideki, Horita Masahiro, Bockowski Michal, Ikarashi Nobuyuki, Suda Jun, Kachi Tetsu, Tokuda Yutaka
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 128 巻 ( 9 ) 2020年9月
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Redistribution of Mg and H atoms in Mg-implanted GaN through ultra-high-pressure annealing
Sakurai Hideki, Narita Tetsuo, Omori Masato, Yamada Shinji, Koura Akihiko, Iwinska Malgorzata, Kataoka Keita, Horita Masahiro, Ikarashi Nobuyuki, Bockowski Michal, Suda Jun, Kachi Tetsu
APPLIED PHYSICS EXPRESS 13 巻 ( 8 ) 2020年8月
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Defect evolution in Mg ions implanted GaN upon high temperature and ultrahigh N-2 partial pressure annealing: Transmission electron microscopy analysis 査読有り 国際共著
Iwata Kenji, Sakurai Hideki, Arai Shigeo, Nakashima Takuya, Narita Tetsuo, Kataoka Keita, Bockowski Michel, Nagao Masaharu, Suda Jun, Kachi Tetsu, Ikarashi Nobuyuki
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 127 巻 ( 10 ) 2020年3月
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Overview of carrier compensation in GaN layers grown by MOVPE: toward the application of vertical power devices 査読有り 国際共著
Narita Tetsuo, Tomita Kazuyoshi, Kataoka Keita, Tokuda Yutaka, Kogiso Tatsuya, Yoshida Hikaru, Ikarashi Nobuyuki, Iwata Kenji, Nagao Masahiro, Sawada Naoki, Horita Masahiro, Suda Jun, Kachi Tetsu
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 59 巻 2020年1月
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Impacts of high temperature annealing above 1400 degrees C under N-2 overpressure to activate acceptors in Mg-implanted GaN 査読有り 国際共著
Sakurai Hideki, Narita Tetsuo, Hirukawa Kazufumi, Yamada Shinji, Koura Akihiko, Kataoka Keita, Horita Masahiro, Ikarashi Nobuyuki, Bockowski Michal, Suda Jun, Kachi Tetsu
PROCEEDINGS OF THE 2020 32ND INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON POWER SEMICONDUCTOR DEVICES AND ICS (ISPSD 2020) 頁： 321 - 324 2020年
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Smectic Liquid-Crystalline Structure of Skyrmions in Chiral Magnet Co8.5Zn7.5Mn4(110) Thin Film 査読有り
Nagase T., Komatsu M., So Y. G., Ishida T., Yoshida H., Kawaguchi Y., Tanaka Y., Saitoh K., Ikarashi N., Kuwahara M., Nagao M.
PHYSICAL REVIEW LETTERS 123 巻 ( 13 ) 2019年9月
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Gate Tuning of Synaptic Functions Based on Oxygen Vacancy Distribution Control in Four-Terminal TiO2-x Memristive Devices 査読有り
Nagata Zenya, Shimizu Takuma, Isaka Tsuyoshi, Tohei Tetsuya, Ikarashi Nobuyuki, Sakai Akira
SCIENTIFIC REPORTS 9 巻 2019年7月
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Effects of plasma shield plate design on epitaxial GaN films grown for large-sized wafers in radical-enhanced metalorganic chemical vapor deposition 査読有り
Isobe Yasuhiro, Sakai Takayuki, Sugiyama Naoharu, Mizushima Ichiro, Suguro Kyoichi, Miyashita Naoto, Lu Yi, Wilson Amalraj Frank, Kumar Dhasiyan Arun, Ikarashi Nobuyuki, Kondo Hiroki, Ishikawa Kenji, Shimizu Naohiro, Oda Osamu, Sekine Makoto, Hori Masaru
JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B 37 巻 ( 3 ) 2019年5月
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Atomic resolution structural analysis of magnesium segregation at a pyramidal inversion domain in a GaN epitaxial layer 査読有り 国際共著
Iwata Kenji, Narita Tetsuo, Nagao Masahiro, Tomita Kazuyoshi, Kataoka Keita, Kachi Tetsu, Ikarashi Nobuyuki
APPLIED PHYSICS EXPRESS 12 巻 ( 3 ) 2019年3月
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Demonstrative operation of four terminal memristive devices fabricated on reduced TiO2 single crystals 査読有り
Takeuchi Shotaro, Shimizu Takuma, Isaka Tsuyoshi, Tohei Tetsuya, Ikarashi Nobuyuki, Sakai Akira
SCIENTIFIC REPORTS 9 巻 2019年2月
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Single-Step, Low-Temperature Simultaneous Formations and in Situ Binding of Tin Oxide Nanoparticles to Graphene Nanosheets by In-Liquid Plasma for Potential Applications in Gas Sensing and Lithium-Ion Batteries
Borude Ranjit R., Sugiura Hirotsugu, Ishikawa Kenji, Tsutsumi Takayoshi, Kondo Hiroki, Ikarashi Nobuyuki, Hori Masaru
ACS APPLIED NANO MATERIALS 2 巻 ( 2 ) 頁： 649 - 654 2019年2月
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Low-Temperature MoS2 Film Formation Using Sputtering and H2S Annealing
Shimizu Jun'ichi, Ohashi Takumi, Matsuura Kentaro, Muneta Iriya, Kakushima Kuniyuki, Tsutsui Kazuo, Ikarashi Nobuyuki, Wakabayashi Hitoshi
IEEE JOURNAL OF THE ELECTRON DEVICES SOCIETY 7 巻 ( 1 ) 頁： 2 - 6 2019年
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Effect of N-2/H-2 plasma on GaN substrate cleaning for homoepitaxial GaN growth by radical-enhanced metalorganic chemical vapor deposition (REMOCVD)
Amalraj Frank Wilson, Dhasiyan Arun Kumar, Lu Yi, Shimizu Naohiro, Oda Osamu, Ishikawa Kenji, Kondo Hiroki, Sekine Makoto, Ikarashi Nobuyuki, Hori Masaru
AIP ADVANCES 8 巻 ( 11 ) 2018年11月
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Wide range doping control and defect characterization of GaN layers with various Mg concentrations
Narita Tetsuo, Ikarashi Nobuyuki, Tomita Kazuyoshi, Kataoka Keita, Kachi Tetsu
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 124 巻 ( 16 ) 2018年10月
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Analysis of Ti valence states in resistive switching regions of a rutile TiO2-x four-terminal memristive device
Yamaguchi Kengo, Takeuchi Shotaro, Tohei Tetsuya, Ikarashi Nobuyuki, Sakai Akira
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 57 巻 ( 6 ) 2018年6月
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Mechanism for High Hall-Effect Mobility in Sputtered-MoS2 Film Controlling Particle Energy
Sakamoto Takuro, Ohashi Takumi, Matsuura Kentaro, Muneta Iriya, Kakushima Kuniyuki, Tsutsui Kazuo, Suzuki Yuuta, Ikarashi Nobuyuki, Wakabayashi Hitoshi
2018 IEEE SOI-3D-SUBTHRESHOLD MICROELECTRONICS TECHNOLOGY UNIFIED CONFERENCE (S3S) 2018年
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III-nitride core-shell nanorod array on quartz substrates
Bae Si-Young, Min Jung-Wook, Hwang Hyeong-Yong, Lekhal Kaddour, Lee Ho-Jun, Jho Young-Dahl, Lee Dong-Seon, Lee Yong-Tak, Ikarashi Nobuyuki, Honda Yoshio, Amano Hiroshi
SCIENTIFIC REPORTS 7 巻 2017年3月
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Low-carrier density sputtered-MoS2 film by H2S annealing for normally-off accumulation-mode FET
Shimizu Jun'ichi, Ohashi Takumi, Matsuura Kentaro, Muneta Iriya, Kakushima Kuniyuki, Tsutsui Kazuo, Ikarashi Nobuyuki, Wakabayashi Hitoshi
2017 IEEE ELECTRON DEVICES TECHNOLOGY AND MANUFACTURING CONFERENCE (EDTM) 頁： 222 - 223 2017年
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In-situ electron holography of carrier accumulation at SiO2/InGaZnO4 interface, 査読有り
Nobuyuki Ikarashi, Kisyoh Kaneko, Motofumi Saitoh, and Hiroshi Takeda
Jpn. J. Appl. Phys. 53 巻 頁： 031101 2014年
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In-situ electron holography of surface potential response to gate voltage application in a sub-30-nm gate-length metal-oxide-semiconductor field-effect transistor 査読有り
Nobuyuki Ikarashi, Hiroshi Takeda, Koichi Yako, and Masami Hane
Appl. Phys. Lett. 100 巻 頁： 101912 2012年
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Silicide formation process of Pt added Ni at low temperature: Control of NiSi2 formation 査読有り
Nobuyuki Ikarashi and Koji Masuzaki,
J. Appl. Phys. 109 巻 頁： 063506 2011年
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Direct Two-Dimensional Electrostatic Potential Cross-sectional Mapping of Sub-30-nm MOSFET under Operation Mode Using Electron Holography 査読有り
Nobuyuki Ikarashi, Hiroshi Takeda, Koichi Yako, and Masami Hane
IEEE International Electron Devices Meeting 2011 Tech. Digest 2011年
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Electron holography for analysis of deep submicron devices: Present status and challenges 査読有り
Nobuyuki Ikarashi, Akio Toda, Kazuya Uejima, Koichi Yako, Toyoji Yamamoto, Masami Hane, and Hiroshi Sato
J. Vac. Sci. Technol. B 28 巻 頁： C1D5 2010年
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Atomic structure of a Ni diffused Si (001) surface layer: Precursor to formation of NiSi2 at low temperature 査読有り
J. Appl. Phys 107 巻 頁： 033505 2010年
書籍等出版物 1
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Characterization of Defects and Deep Levels for GaN Power Devices 査読有り 国際共著
Kachi, T（ 担当： 分担執筆 , 範囲: Chapter 4 Structural Defects in Mg-Doped GaN: TEM Analysis）
AIP Publishing （ ISBN:978-0-7354-2270-4 ）
講演・口頭発表等 2
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高温アニールMgイオン注入GaN結晶の欠陥解析 国際共著
中島 拓也 櫻井 秀樹 荒井重 岩田 研治 成田 哲 片岡 恵太 Bockowski M 長尾 全寛 須田 淳 加地 徹 五十嵐 信行
第76学術講演会 2020年5月25日 顕微鏡学会
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Mgイオン注入GaN結晶の高温・超高圧アニールにより形成される結晶欠陥の透過型電子顕微鏡観察 国際共著
中島 拓也 櫻井 秀樹 荒井重 岩田 研治 成田 哲 片岡 恵太 Bockowski M 長尾 全寛 須田 淳 加地 徹 五十嵐 信行
学術講演会 2020年3月12日 応用物理学会
共同研究・競争的資金等の研究課題 1
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省エネルギー社会の実現に資する次世代半導体 国際共著
2016年4月 - 2020年3月
受託研究 受託研究
担当区分：研究分担者 資金種別：競争的資金
配分額：7800000円 （ 直接経費：7500000円 、 間接経費：300000円 ）
科研費 2
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極微小深紫外半導体レーザダイオードの高出力化と新世代製造システム
研究課題/研究課題番号：21H04560 2021年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
久志本 真希, 笹岡 千秋, 五十嵐 信行
担当区分：研究分担者
本研究提案は，深紫外レーザダイオード(LD)をレーザー加工用の基幹デバイスとして進化させ，すべてのものづくりの革新を目指すものである. 従来の加工用深紫外レーザ光源は，デバイスサイズとランニングコストが課題である.本研究では，深紫外LDの低閾値化および高出力化に向け，AlGaN量子井戸層やLD構造の光学特性の評価や，深紫外LD実現の鍵となった不純物無添加型分極ドーピングクラッド層，集積化が可能という特徴を持つオンウエハLD作製プロセスがLDの発光特性や電気特性に与える影響を検討し，従来の深紫外レーザ光源を代替する小型で低コストの加工用光源の実現に挑戦する.
深紫外LDは不純物無添加型分極ドーピングクラッド層の導入によりレーザー発振を実現した。しかし、nsオーダーの短いパルス電流注入での発振にとどまっている。これは従来の窒化物半導体LDと比較して、閾値電流密度が非常に高いためである。そこで本年度は、深紫外LDにおける閾値上昇の要因を検討した。まずLDに含まれる六角形形状の異常成長に着目した。これらの領域を含んだ共振器では閾値電流密度が上昇する。これらの影響を検討するために、光学特性・電気特性・構造解析といった多角的な手法を用いて諸特性の解析を行った。その結果、異常成長領域はLEDモードでは非常に強い発光強度を持つことを示した。CL測定において発光層の発光波長や分布を観測したところ、異常成長の発光波長は長波長化すること、および発光強度は低減することが示された。そこでエミッション顕微鏡・コンダクティブAFMを用いて電気特性評価を行ったところ、異常成長領域への電流集中が観測された。以上のことから異常成長により電流注入不均一が発生し不均一な発光分布が局所的に形成されることや、異常成長領域のバンドギャップが小さいことで共振器内で吸収が発生することにより、閾値電流密度が上昇することが明らかとなった。次にプロセス起因で発生する発光不均一に着目した。これらデバイス作製中の熱処理プロセスで発生し、閾値電流密度を大きく上昇させる。これは応力解放により形成される可能性が高いと考えられたことから、構造解析や抑制可能なデバイス構造やプロセスの検討を実施した。この根本原因の解決は閾値電流密度の上昇を抑制し、高出力化を実現するために必須であることから、来年度も継続して実施予定である。
本研究の目的である深紫外LD高出力化のためには、まず低閾値で発振可能なLDの作製が必須である。特に従来の窒化物半導体LDと比較して、ワイドバンドギャップであるAlGaNをベースとしたLD構造であることから、重大な課題である。本年度実施した検討により閾値電流密度の上昇の原因を明らかとすることができた。さらに閾値上昇原因の根本解決に向けた構造解析やデバイス検討も進捗している。以上のことから、低閾値化実現へと大きな前進が得られたと考えられ、おおむね順調に進展していると判断した。
今回着目した活性層中の発光不均一形成はAlN基板を用いた高品質なAlGaN結晶である故に明らかになった現象である考えられる。これらの詳細を明らかとすることは、より短波長・長波長の深紫外LDの実現だけでなく、AlGaN系デバイスの設計やプロセス構築において重要な知見となる。そのため、引き続きデバイス構造やプロセス検討によるデバイス実証に加えて、有限要素法を用いた応力解析といった手法を取り入れて詳細を明らかとすることを目指す。またさらなる低閾値化の実現に向けて、構造解析や、光学特性評価装置の構築などを実施して詳細な評価を行っていく予定である。 -
研究課題/研究課題番号：20H00340 2020年4月 - 2025年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
梅田享英, 牧野 俊晴, 五十嵐 信行, 磯谷 順一, 染谷 満, 松下 雄一郎, 原田 信介
担当区分：研究分担者
配分額：900000円 （ 直接経費：900000円 、 間接経費：90000円 ）
次世代パワーエレクトロニクスのキーデバイスとなるワイドギャップ半導体MOS(金属-酸化膜-半導体)型電界効果トランジスタ(MOSFET)について、その核心部となるMOS界面の界面欠陥の正体を解明する。ターゲットは炭化ケイ素4H-SiC、窒化ガリウムGaN、ダイヤモンドの代表的な3種類のMOS界面とし、正体を解明する手段として電流検出型電子スピン共鳴(EDMR)分光＋第一原理計算を用いる。本研究により、長い間、正体不明のままだったワイドギャップ半導体MOS界面欠陥の横断的解明が期待できる。これは日本が強みをもつ半導体パワーエレクトロニクス分野をさらに強化し発展させることにつながる。
本研究の最大の武器は「電流検出型電子スピン共鳴（EDMR）分光」である。この分光実験は、外部磁場とマイクロ波で電子スピンを励起し、その励起を試料電流で検出する。2021年度は、この特徴を生かしたスピン検出実験を行った。
対象は、炭化ケイ素（4H-SiC）のMOS型電界効果トランジスタ（MOSFET）に埋め込んだ「シリコン空孔スピン（Tv2a型）」である。このスピンは4H-SiCで最も有望なスピン欠陥/量子ビットとして知られているが、EDMRによる検出例がない。EDMRは電流励起・電流検出のため、EDMRによってスピン欠陥/量子ビットの検出ができればMOSFET型・量子デバイスの集積小型化が見込めてインパクトがある。検出に使用したのは、産業技術総合研究所（研究分担者）で作り込まれたnチャネル窒化Si面4H-SiC MOSFET（ゲート長5um、幅200um）である。そのMOS界面直下にプロトン照射（エネルギー80kV、照射量1e13cm-2、量子科学技術研究開発機構QSTで実施）でシリコン空孔を埋め込んだ。この状態でチャネルに電流を流してEDMRを測ったところ、約1e5個のシリコン空孔スピン（Tv2a型）を検出することができた。検出感度は十分とは言えないが、Tv2a型スピンがEDMR検出できることを初めて実証した実験として評価された。
2021年度のEDMR実験はこの一例のみで、MOS界面欠陥のEDMR評価は行えなかった。EDMR分光装置の中核となる「マイクロ波ソース」が経年劣化のために使用不能となってしまったからである。メーカーのドイツ本社での修理もできなかった。EDMR実験再開のためにマイクロ波ソースの自作化が必要となり、最終的に日本メーカー（アンリツ）の20GHz信号発生器＋ベクトルネットワークアナライザで可能であることに目途をつけ、その手配を行った。
主力武器である電流検出型電子スピン共鳴（EDMR）分光装置の再構築が必要となったため、EDMR分光実験が一時停止することになった。再構築に必要なマイクロ波ソースの新規設計と機材購入を2021年度に行った。
2021年度に手配が完了した機材（20GHz信号発生器、20GHzベクトルネットワークアナライザなど）を組み合わせてEDMR分光装置を再構築し、MOS界面欠陥のEDMR評価を再開する。また、第一原理計算によるMOS界面欠陥の探索も、これまでの計算情報を精査して絞り込みを行う。
担当経験のある科目 (本学) 4
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真空電子工学
2020
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電磁気学I
2015
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粒子線工学特論
2015
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真空電子工学
2015
学術貢献活動 1
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International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021 国際学術貢献
役割：企画立案・運営等, パネル司会・セッションチェア等
ichiro naruse 2021年11月