牧本 俊樹 (マキモト トシキ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.eb.waseda.ac.jp/makimoto/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1985年

    東京大学   工学系研究科   電気電子工学科  

  •  
    -
    1985年

    東京大学   工学系研究科   電気電子工学科  

  •  
    -
    1983年

    東京大学   工学部   電気電子工学科  

学位 【 表示 / 非表示

  • 東京大学   博士(工学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2013年04月
    -
     

    現在: 早稲田大学・先進理工学部・教授

  • 2011年07月
    -
    2013年03月

    : NTT物性科学基礎研究所・所長

  • 2010年10月
    -
    2011年06月

    : NTT物性科学基礎研究所・機能物質科学部・部長

  • 2007年07月
    -
    2010年09月

    : NTT物性科学基礎研究所・企画担当

  • 2003年04月
    -
    2007年06月

    : NTT物性科学基礎研究所・グループリーダ

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    電子情報通信学会

  •  
     
     

    応用物理学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 電気電子材料工学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • Ⅲ-V族化合物半導体、窒化物半導体、結晶成長、半導体デバイス

論文 【 表示 / 非表示

  • Photoluminescence Mechanism in Heavily Si‐Doped GaAsN

    Takashi Tsukasaki, Ren Hiyoshi, Miki Fujita, Toshiki Makimoto

    Crystal Research and Technology   56 ( 3 ) 2000143 - 2000143  2021年03月  [査読有り]

    DOI

  • Si doping mechanism in Si doped GaAsN

    T. Tsukasaki, R. Hiyoshi, M. Fujita, T. Makimoto

    J. Cryst. Growth   514   45 - 48  2019年05月  [査読有り]

  • Hole conduction characteristics of cubic Ti1−xAlxN

    Masahiro Yoshikawa, Daiki Toyama, Toshiaki Fujita, Noriaki Nagatomo, Toshiki Makimoto

    Thin Solid Films   660   711 - 714  2018年  [査読有り]

     概要を見る

    Cubic Ti1−xAlxN (x = 0.5, 0.6) films were deposited using RF (radio frequency) magnetron sputtering and cathodic arc ion plating methods on a thermally oxidized Si substrate to evaluate the temperature dependence of their electrical characteristics by Hall measurements from 10 K to 295 K. The temperature dependence of the hole concentration and the electrical conductivity above about 200 K shows that cubic TiAlN in this study had semiconductor characteristics, indicating that the hole conduction in the valence band is dominant in a high temperature range above about 200 K. In contrast, the variable range hopping conduction is dominant in a low temperature range below about 100 K. In addition, the hole mobility of Ti0.4Al0.6N deposited by RF sputtering increased with increasing temperature above 220 K, even though the phonon scattering increases. This result shows that a disordered grain boundary between polycrystalline TiAlN acts as a barrier layer for the hole conduction.

    DOI

  • Effects of surface barrier layer in AlGaAs/GaAs solar cells

    Hiroyuki Urabe, Makoto Kuramoto, Tomohiro Nakano, Atsushi Kawaharazuka, Toshiki Makimoto, Yoshiji Horikoshi

    JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH   425   330 - 332  2015年09月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we report the effects of surface barrier layers on the characteristics of AlGaAs/GaAs solar cells. The external quantum efficiency (EQE) spectra for AlGaAs barrier samples with different barrier layer AlAs fractions and thickness of the surface barrier layer were measured to increase the solar cell efficiency. The results show that the surface barrier layer is effective to block diffusing photoexcited electrons to the surface while the thicker barrier layer absorbs higher energy photons to generate carriers which recombine at the surface. The optimal surface barrier structure is a 50 nm thick Al0.7Ga0.3As. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved,

    DOI

  • Optical properties of AlxGa1-xAs/GaAs superlattice solar cells

    Makoto Kuramoto, Hiroyuki Urabe, Tomohiro Nakano, Atsushi Kawaharazuka, Jiro Nishinaga, Toshiki Makimoto, Yoshiji Horikoshi

    JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH   425   333 - 336  2015年09月  [査読有り]

     概要を見る

    The effect of excitons in AlxGa1-xAs/GaAs superlattice solar cells has been investigated. We have shown that the superlattice active layers are effective to improve the solar cell performances because of the exciton enhanced photo-absorption. External quantum efficiency spectra show sharp and intense increase at the absorption edge due to excitonic absorption. This result indicates that excitonic photo-absorption can be stabilized at room temperature by using a superlattice structure. Optical properties of superlattice solar cells depend on the superlattice parameters because they determine the excitonic confinement effect, the tunneling effect and the sub-band structure. In this study, we compare external quantum efficiency for solar cells with different superlattice parameters to optimize the structure. The optimal barrier layer thickness is determined to be 1 nm for the Al0.5Ga0.5As/GaAs superlattice solar cell with 2-mu m-thick active layer. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 窒化物半導体層の成長方法

    牧本 俊樹

    特許権

  • ヘテロ構造およびその製造方法

    牧本 俊樹

    特許権

  • 窒化物半導体結晶成長方法

    牧本 俊樹, 前田 理也, 堀越 佳治

    特許権

  • 窒化物半導体の成長方法

    牧本 俊樹, 堀越 佳治, 前田 理也, 小林 祐輝

    特許権

受賞 【 表示 / 非表示

  • 平成27年度文部科学大臣表彰受賞(科学技術賞研究部門)

    2015年04月  

  • 応用物理学会フェロー表彰

    2014年09月  

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 高品質GaAsN系超格子の成長と励起子に関する研究

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2022年03月
     

     概要を見る

    励起子とは、半導体中で負の電荷を持つ電子と正の電荷を持つ正孔がクーロン引力で結びついた粒子である。この励起子を使うと光の吸収が促進されるので、太陽電池の効率を増加させることができるが、室温で半導体中に安定な励起子を発生させることは難しい。ここで、GaAsN中では励起子が存在しやすいことが期待でき、2種類の薄膜を交互に積み重ねた超格子内では励起子が存在することが知られている。そこで、GaAsNを用いた超格子構造では、GaAsN自体と超格子構造の相乗効果により、安定な励起子を発生させることが期待できる。本研究では、GaAsNを含む超格子を作製することにより、安定な励起子を発生させることを目指す。RF-MBE法で成長したN組成の低いアンドープGaAsNを評価することにより、以下の2点を明らかにした。(1)成長したアンドープGaAsNは高抵抗であるので、不純物濃度は無視できる。このようなGaAsNに対して、室温での光の透過・吸収測定からバンドギャップエネルギー(Eg)を求めたところ、報告されているEgの値[1, 2]よりも小さな値が得られた。さらに、誘電体モデルの計算結果[2]と同様に、GaAsNのEgは、N組成に対して飽和傾向を示さなかった。(2)GaAsN では、フォトルミネッセンス(PL)ピークエネルギーが測定温度とともに高エネルギー側へ変化するS-Shape 特性が報告されている[1, 3]が、この S-Shape 特性を示す原因は、必ずしも明らかになっていない。そこで、アンドープGaAsNに対してPL測定を行った。高温で観測されるバンド間遷移のPLピークエネルギーは、測定温度に対して緩やかに変化した。これに対して、局在準位が関連する低温でのPLピークエネルギーは、測定温度に対して急激に変化した。さらに、PL励起光強度が増加すると、S-shape特性が観察されなくなる実験事実[3]は、S-Shape特性を発生させる局在準位の状態密度が小さいことを示唆している。これらのことから、S-Shape特性は、GaAsN 中の N 組成の揺らぎに起因するのではなく、伝導帯付近に形成されるN クラスター準位に起因するものと考えられる。[1] H. Yaguchi et al., phys. stat. sol. (b) 228 (2001) 275. [2] K. Uesugi et al., Jpn. J. Appl. Phys. 36 (1997) 1574. [3] C. Chen, et al., J. Alloys Compd. 699 (2017) 297.RF-MBE法を用いて、500℃以上の比較的高温で成長したアンドープGaAsNは高抵抗を示すため、本研究で成長したGaAsNでは、不純物の混入が少ないことを明らかにした。そして、このGaAsNにおけるEgのN組成依存性が、誘電モデルでの計算結果と同様な傾向を示すことから、比較的高品質のGaAsNが成長できているものと考えられる。また、本研究と他の研究機関から報告されている実験事実を組み合わせることによって、S-Shape 特性が発生する原因を考察した。このS-Shape特性が発生する原因に関しては、今後も研究を進めることにする。上記に関連した研究成果を2件の国内会議で発表した。以上のように、本研究は、おおむね順調に研究が進んでいる。今後は、光の透過・吸収測定やPL測定以外の光学測定法を用いて、本研究のRF-MBE法で成長したアンドープGaAsNの評価を行う予定である。また、デバイス作製に必要不可欠な不純物ドープGaAsNをRF-MBE法で成長して、その光学特性に関しても評価を行う予定である。そして、これらの評価を通じて、GaAsNの特性を明らかにする。さらに、RF-MBE法を用いてGaAsN/GaAs超格子を成長して、その光学特性に関して評価を行う予定である

  • RF-MBE法によるグラフェン上へのエピタキシャルBN成長

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    MBE法を用いてグラフェン上にAlNを成長した。そして、成長温度を低下させることにより、AlN表面の平坦性が向上し、グラフェン表面由来のステップを観測することができた。また、低温でAlNを成長させることによって、電子の移動度の低下とシート電子濃度の上昇をある程度抑制できた。次に、800 ℃においてグラフェン表面に窒素プラズマを照射した。そして、高温で窒素プラズマをグラフェンに照射することによって、グラフェンがダメージを受け、グラフェンの構造が破壊されていることを明らかにした。さらに、グラフェン上にBNを低温で成長した。そして、電子の移動度の低下とシート電子濃度の上昇をある程度抑制できた

  • 六方晶BN窒化物半導体に関する研究

     概要を見る

    我々は、有機金属気相成長法により、(0001)六方晶窒化ホウ素薄膜が、ニッケル(111)基板とサファイア(0001)基板上にエピタキシャル成長することを見出した。六方晶窒化ホウ素エピタキシャル薄膜は、カソードルミネッセンス測定から室温において227nm付近のバンド端近傍の発光を示し、その光学バンドギャップは、5.9eV、直接遷移であり、遠紫外発光材料として有望である

特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 高品質GaAsN系超格子の成長と励起子に関する研究

    2018年  

     概要を見る

     SiドープGaAsNとBeドープGaAsNに対して、フォトルミネッセンススペクトルの測定温度依存性を評価した。そして、アンドープGaAsNとは異なり、高濃度の不純物ドーピングを行ったGaAsNは、S-shape特性[1]を示さないことを明らかにした。また、S-shape特性を示さなくなる不純物濃度は、Si不純物よりもBe不純物の方が高いことがわかった。これらの実験結果は、高濃度ドーピングにより縮退半導体となったため、N組成の不均一性の影響が抑制されたことを示しているものと考えられる。[1] Cheng Chen et al., J. Alloys and Compounds, 699,297 (2017).

  • AlONバッファー層を用いたInGaN系ヘテロ構造のMBE成長

    2016年  

     概要を見る

     AlONバッファー層を用いることにより、サファイア基板上に高品質のGaNを成長することができる。今回は、X線回折を用いて、室温においてc面サファイア基板上に堆積したAlONバッファー層の特性を評価したところ、AlONバッファー層特有のc軸配向性を持つピークを観測することができた。そして、このピークは高温アニールによって回折強度が減少するとともに、ピーク位置が高角側へと移動した。このことは、AlONバッファー層は、薄膜構造から小さな結晶核に変化したことを示唆している。ただし、これらの結晶核はc軸配向特性を維持していることから、高品質GaN成長用のバッファー層としての役割を果たしていることを明らかにした。

  • AlONバッファー層を用いた高品質窒化物半導体ヘテロ構造のMBE成長

    2014年   熊倉一英, 山本秀樹

     概要を見る

     窒化物半導体をサファイア基板上に成長する場合には、一般に、低温で成長した窒化物半導体をバッファー層として用いる二段階成長法が使われている。本研究では、この従来の二段階成長法で用いる低温で成長した窒化物半導体のバッファー層の代わりに、新しいAlONバッファー層を用いて、サファイア基板上にAlN層をRFプラズマMBE法によって成長した。そして、AlN層の膜厚を0.5μmから2μmまで変化させ、X線回折法によって薄膜の転位密度を評価した。その結果、MBE法で成長した高品質のAlN層の報告値に比べて、AlONバッファー層を用いて成長したAlN層の品質は同程度か、それ以上であることを明らかにした。

  • 分子線エピタキシー法による高品質窒化物半導体結晶成長の研究

    2013年  

     概要を見る

     窒化物半導体をサファイア基板上に成長する従来の二段階成長法に代わり、AlONバッファー層を用いた新しい窒化物半導体成長方法をMBE法に初めて適用した。そして、AlONバッファー層を用いたMOVPE法での結晶成長と比較することにより、以下のような新たな知見を得た。(1) MOVPE法と同様に、AlONバッファー層上にAlN層を直接成長させた場合には、鏡面のAlNエピタキシャル層が得られた。そして、成長したAlN層は圧縮歪を受けていることが明らかになった。これは、サファイア基板上に成長したAlN層と同じ傾向である。この結果は、圧縮歪の要因は、AlONバッファー層でなく、サファイア基板であることを示している。(2) AlN層の成長前にAlONバッファー層に窒素プラズマを長時間照射すると、このAlONバッファー層上に成長したAlN層が劣化した。これは、窒素プラズマ照射によって、AlON層が劣化したためであると考えられる。このため、AlONバッファー層に窒素プラズマを必要以上に照射しないことが必要である。(3) アニール炉において、窒素雰囲気でAlONバッファー層を1000 ℃でアニールした。このAlONバッファー層上にAlN層を成長したところ、AlN層の結晶性が著しく劣化した。MOVPE法では1000 ℃でAlONバッファー層上にGaN層を成長していることを考慮すると、窒素雰囲気でAlONバッファー層を1000 ℃でアニールすると、AlONバッファー層がAlO層でおおわれた多結晶に変化しているものと考えられる。これに対して、MOVPE法で使用するアンモニアがAlONバッファー層の表面にあるAlO層を還元し、窒化することにより、AlONバッファー層がAlN層でおおわれた多結晶に変化しているものと考えられる。この結果、MOVPE法では、AlONバッファー層上に結晶性の良いGaN層を成長することが可能になった。(4) AlOキャップ層が無いAlONバッファー層を用いた場合、結晶性の良いAlN層をRFプラズマMBE法で成長することに成功した。このように、RFプラズマMBE法でAlONバッファー層を成長するためには、AlONバッファー層にAlOキャップ層を使用せず、AlN層を成長する前には、なるべく表面の酸化膜の悪影響を少なくする必要がある。(5) 以上のことから、RFプラズマMBE法で窒化物半導体を成長する場合には、AlONバッファー層上に形成される自然酸化膜を取り除くプロセスが高品質の窒化物半導体結晶を成長するための鍵となる。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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