【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
24QS0014
利用課題名 / Title
GaNリモートエピタキシー中の格子緩和過程のリアルタイム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 Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
小田 昂到,横澤 翔太,Harries James,東 瑠威,石川 旺典,大原 佑希,小笹 太誠,福井 優太,森本 陸斗
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters 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]。この手法では、格子不整合のある系においても、薄膜の格子不正合歪みが自発的に緩和され、転位が抑制されるため[2]、高品質な薄膜の形成が期待できる。本研究課題では、中間層となる2D物質による格子緩和の促進効果を、SPring-8のビームライン11XU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、結晶成長中の格子緩和をリアルタイム観察することで、より詳細に解明することを目指した。
実験 / Experimental
MBE-XRDシステムを用いて、(1)グラフェンを化学気相成長（CVD）法により成長させたc面サファイア、(2)六方晶窒化ホウ素（hBN）をCVD成長させたc面サファイアおよび、(3)ベアのc面サファイア上で、GaNの結晶成長中の格子変形をリアルタイムXRDにより解析し、比較した。
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格子定数の膜厚依存性を求めた。その結果、GaNの格子不整合歪みは、すべての基板において膜厚の増加とともに徐々に減少することが示されたが、成長初期の歪み量には顕著な違いが見られた。特に、ベアのサファイア上では最も大きな歪みが観測されたのに対し、グラフェン/サファイア上では最も小さく、中間層としてのグラフェンがGaNとサファイアの格子不整合歪みを効果的に緩和することが確認された。
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).
関連論文：Seiya Fuke, Takuo Sasaki, Hiroki Hibino, "六方晶窒化ホウ素上に成長させたGaN薄膜の形態解析", SPring-8/SACLA利用研究成果集 (SPring-8/SACLA Research Report) 12, 144-146 (2024).
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.
- Takato Oda, Takuo Sasaki, Shota Yokozawa, Hiroki Hibino, "Real-time XRD analysis of GaN remote epitaxy on sapphire substrates covered with directly grown graphene", 15th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '24（松江市）, 令和6年11月20日.
- 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