2025.9.21-24 【講演】当研究室 教員の冨谷茂隆教授がPoland Wrocławにて行われた8th International Workshop on Ultra-Wide Bandgap Materials and Devices (IWUMD2025で「Nanoscale Multimodal Structural Characterization of Nitride Semiconductors」という題目で講演を行いました。
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[Tu1-1-6]
Nanoscale Multimodal Structural Characterization of Nitride Semiconductors
S. Tomiya 1, Z. Aakse 1, T. Bessho 1, Y. Otaka 1, K. Iwamitsu 1, J. Yamasaki 2, A. Yasuhara 3, T. Tamano 4, R. Akaike 4, H. Miyake 4, J. Uzuhashi 5, T. Ohkubo 5
1. NAIST, 2. The University of Osaka, 3. JEOL, 4. Mie University, 5. NIMS
Wrocławs市内：旧市街の様子と市内を流れるオーデル川(Odra)の写真です。
2025.9.6-10 【発表・講演】当研究室の教員およびM2学生が名城大学 天白キャンパスで開催された第86回応用物理学会 秋季学術講演会にて、以下の発表・講演を行いました。
･2025.9.7 23.1 合同セッションN「インフォマティクス応用」
[7p-S202-7]
深層学習を活用した半導体加工形状の自動評価パイプライン
〇野島 聖耀1、岩満 一功1、赤瀬 善太郎1、菊池 昭彦2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.上智大)
･2025.9.7 23.1 合同セッションN「インフォマティクス応用」
[7p-S202-8]
三次元アトムプローブと透過電子顕微鏡法のバイモーダル相関顕微手法の開発
〇赤瀬 善太郎1、別所 泰成1、大竹 義人1、埋橋 淳2、岩満 一功1、中島 宏3、山﨑 順3、大久保 忠勝2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.物質・材料研究機構、3.大阪大学)
･2025.9.9 15.4 III-V族窒化物結晶
[9p-N301-2]
極性反転AlN結晶のTilt-scan DPC-STEMによる電場可視化解析
〇冨谷 茂隆1、赤瀬 善太郎1、岩満 一功1、安原 聡2、玉野 智大3、赤池 良太3、三宅 秀人3 (1.奈良先端大、2.日本電子、3.三重大)
･2025.9.9 15.4 III-V族窒化物結晶
[9p-N301-18]
PCAを用いたInGaN量子井戸CL発光空間構造の解析
〇(M2)福 隆之介1、赤瀬 善太郎1、岩満 一功1、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大)
･2025.9.9 15.4 III-V族窒化物結晶
[9p-N301-19]
InGaN量子井戸の時間分解フォトルミネッセンス発光減衰挙動に対するベイズ推論解析
〇岩満 一功1、新保 樹2、赤瀬 善太郎1、横川 俊哉1、山口 敦史2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.金沢工大)
･2025.9.10 シンポジウム [10p-S101-1~6]インフォマティクス応用の未来を切り拓く ー 世界動向、分野間連携、そして新たな挑戦 ー
（招待講演)[10p-S101-4] 計測インフォマティクスの進展と将来展望計測インフォマティクスの進展と将来展望
〇 冨谷 茂隆 (奈良先端大)
この他、三重大学と共同で以下の発表も行われました。
・2025.9.10 15.4 III-V族窒化物結晶
[10p-N301-1]
AlN極性反転構造における界面酸化プロセスの影響
〇玉野 智大1、赤池 良太1,2、安永 弘樹2,3、中村 孝夫1,2、赤瀬 善太郎4、冨谷 茂隆4、三宅 秀人1,2 (1.三重大 院工、2.三重大 半導体・デジタル未来創造センター、3.三重大 研究基盤推進機構、4.奈良先端大)
[7p-S202-7] 野島, 他 「深層学習を活用した半導体加工形状の自動評価パイプライン」
半導体デバイスにおいて、微細構造の寸法や形状はデバイス特性に大きく影響を与えるため、電子顕微鏡による正確な計測が不可欠である。電子顕微鏡画像の手動評価は時間がかかるうえに、作業者によってバイアスが生じるため、深層学習を援用した自動評価が期待されている。本研究では、多様な画像に対応可能な自動評価パイプラインの構築を目指し、複数の構成を実装して画像解析のロバスト性を比較検討した。
[7p-S202-8] 赤瀬, 他 「 三次元アトムプローブと透過電子顕微鏡法のバイモーダル相関顕微手法の開発」
先端半導体デバイスの微細化により、微量不純物の三次元分布を高精度に把握する必要が高まっている。本研究では、3DAPとET(電子線トモグラフィ)を組み合わせた相関顕微鏡法を開発し、3DAPデータの構造歪をETデータを基準に非剛体レジストレーションで補正する手法を提案する。今回、同種原子の濃度差も反映できるよう、ガウスぼかしを用いた新たなモダリティ変換法を導入し、勾配相関値を約2倍に向上させた。
[9p-N301-2] 冨谷, 他 「極性反転AlN結晶のTilt-scan DPC-STEMによる電場可視化解析」
DPC-STEM法は電場分布の可視化を可能とする手法であるが、結晶性試料においては回折コントラストの影響が解析の妨げとなる。本研究ではTilt-scan DPC法を適用することで、AlNにおける極性反転界面付近の電場分布が高いコントラストで明瞭に得られた。
[9p-N301-18] 福, 他「PCAを用いたInGaN量子井戸CL発光空間構造の解析」
InGaNはインジウム(In)の組成比を変化させることで、発光波長を広範囲にわたって変化でき、マイクロLEDディスプレイ等の発光デバイスに応用される。一方、In組成比の微小な揺らぎ・結晶欠陥の存在が、発光効率の低下やデバイス劣化を引き起こす。本研究では、InGaN三重量子井戸構造に対してカソードルミネッセンススペクトルイメージング（CL-SI）を測定し、そのデータを主成分分析(PCA)によって空間分布変化を可視化した結果について報告する。
[9p-N301-19] 岩満, 他 ｢InGaN量子井戸の時間分解フォトルミネッセンス発光減衰挙動に対するベイズ推論解析｣
In0.24Ga0.76N単一量子井戸構造における温度依存の時間分解フォトルミネッセンス発光スペクトルマッピング(TRPL-SM)データを対象に、ベイズ推論により発光減衰曲線のパラメータを推定し、統計的評価を行った。フィッティング関数は伸張型指数関数(SE, 0 < β ≤ 1)に加え、圧縮型指数関数(CE, 1 < β < 2)も考慮することで、指数の変形量βは発光エネルギーに依存してCEとSEの間を行き来する振舞を確認した。この物性的考察の詳細は、講演にて発表する。
[10p-S101-4] 冨谷 「計測インフォマティクスの進展と将来展望計測インフォマティクスの進展と将来展望」
計測インフォマティクスは、複雑・大規模化する計測データの解析や多様な手法の統合により、材料・デバイスの研究・開発の中核を担う技術として発展している。本講演ではその進展と将来展望を紹介する。
2025.9.4 【講演】当研究室 教員の冨谷茂隆教授が幕張メッセにて行われたJASIS2025 分析機器・科学機器総合展のJASISコラボレーションセミナー「データ駆動型マテリアル研究の革新：ARIM設備・データ共用が切り開く未来」 ～世界初の試み、実験データの共用と研究の新たな可能性～ (主催：文部科学省 マテリアル先端リサーチインフラ) 」にて、「研究開発パラダイムの転換と計測インフォマティクス ～データ駆動型サイエンスによる知のバリューチェーンの構築に向けて～」という題目で招待講演を行いました。
(講演要旨)
急速に変化する科学技術と社会に対応し、研究開発手法の変革が求められている。本講演では、パラダイムシフトが進む研究開発において、計測インフォマティクスの役割と電子ラボノートシステムの活用を通じて、「知のバリューチェーン」構築を目指す新たな研究開発のあり方を展望する。
2025.9.4 【講演】当研究室 教員の赤瀬特任准教授が幕張メッセにて行われたJASIS2025 分析機器・科学機器総合展のJASISコラボレーションセミナー「奈良先端大が先導する研究DXへの挑戦：電子ラボノートによる研究加速の実践と展望」の中で「奈良先端大での各研究室における電子ラボノート活用 ～多様なメタデータを含む実験データの自動カタログ化、Lab内データ共有 による研究活動の変化の事例等～」という題目で講演を行いました。
(講演要旨)
NAISTの各研究室における電子ラボノートの活用事例として、メタデータを含む計測データから実験結果を半自動的にカタログ記事化する取り組みや、研究室内での即時データ共有により研究スタイルがどのように変化しているかを示す具体的な事例をご紹介します。
[他の講演]
・奈良先端大の目指す研究デジタルトランスフォーメーション ～情報・データの共有・共用の仕組みづくりによるＲＸサイクルの実装・構築～
国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 データ駆動型サイエンス創造センター センター長/特任教授
船津 公人 氏
・電子ラボノートを核とするデータ統合・管理基盤の構築 ～散在する研究データのマネジメントおよびDXへの活用に向けて～
国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学領域 助教
高須賀 聖五 氏
・電子ラボノートの運用と管理 ～ユーザーアカウント管理とデータセキュリティ及びリスク管理、そしてAPIを活用したノート機能の拡張～
奈良先端大 博士研究員 データ駆動型サイエンス創造センター 博士研究員
李 帝明 氏
2025.8.25-8.26 立命館大学 びわこ・くさつキャンパスで行われた6大学合同の夏期ワークショップ(に参加し、学生6名が講演およびポスター発表をしました。また、本研究室 客員教授の横川 俊哉氏が招待講演を行いました。
招待講演 横川 俊哉 氏 「ナノサイズの窒化物半導体結晶の可塑性評価」
池辺啓太 「GaNのキャリアダイナミクス解析ベイズ推定によるTRPLフィッティング」（口頭）
野島 聖耀 「走査型電子顕微鏡画像解析による半導体加工形状の自動評価パイプライン開発」（口頭)
福隆之介 「窒化インジウムガリウム量子井戸構造における空間発光分布の統計的解析」（ポスター）
別所泰成 「三次元アトムプローブと電子線トモグラフィーを用いた相関顕微鏡手法の開発」 (ポスター)
宇佐美 翔太 「波長角度分解カソードルミネッセンス法による半導体微細構造の指向性発光評価」(ポスター)
田中 泰地 「テラヘルツ時間領域分光エリプソメトリーに基づくスペクトル解析の高度化」(ポスター)
※左写真は、意見交換会の様子
2025.07.06-11 【発表】当研究室 教員の岩満助教がSwedenのMalmöにて行われた15th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-15)で ｢Bayesian Analysis of Time-Resolved Photoluminescence in Indium Gallium Nitride Quantum Wells: Evidence of Compressed/Stretched-Exponential Behavior」という題目でポスター発表をいたしました。
(Brief summary of submitted abstract)
This study analyzes temperature-dependent time-resolved photoluminescence spectral imaging (TRPL-SI) of InGaN quantum wells using Bayesian inference. By comparing double-exponential and compressed/stretched-exponential models, the authors show that the latter provides narrower credible intervals and more reliable fitting of decay dynamics. Results indicate compressed-exponential behavior linked to fast carrier trapping sites, with clear temperature and emission-energy dependence. These findings underscore the significance of Bayesian modeling in accurately understanding carrier dynamics in GaN-based optical devices.
2025.6.11-14 【発表】当研究室のM2学生がFukui Prefectural Hall(福井県民ホール)で開催されたEM-NANO 2025 (The 10th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies)にて、以下の発表を行いました。
・[P2-46]
Time-resolved photoluminescence decay curve analysis in high-purity gallium nitride based on Bayesian inference
*Keita Ikebe1, Osuke Ito2, Kazunori Iwamitsu1, Zentaro Akase1, Atsushi A. Yamaguchi2, Shigetaka Tomiya1 (1.
NAIST (Japan), 2. Kanazawa Inst.. of Tech. (Japan)
・[8-03]
Local luminescence characterization of gallium nitride semiconductors with pit structures by wavelength angle-resolved cathodoluminescence method
*Shota Usami1, Zentaro Akase1, Kazunori Iwamitsu1, Toshiya Yokogawa1, Shigetaka Tomiya1 (1. NAIST (Japan))
・[8-04]
Deep learning-based automated SEM image analysis pipeline for GaN trench structures
*Seiyo Nojima1, Kazunori Iwamitsu1, Zentaro Akase1, Akihiko Kikuchi2, Shigetaka Tomiya1 (1. NAIST (Japan), 2. Sophia Univ. (Japan))
この他、共同研究を行っている金沢工業大学 山口研究室から以下の発表がなされました。
・[9-03]
Wavelength dependence of photoluminescence lifetime in InGaN quantum wells with different alloy composition
*Ririka Yamagata1, Itsuki Shimbo1, Atsushi A. Yamaguchi1, Kazunori Iwamitsu2, Shigetaka Tomiya2 (1. Kanazawa Inst. of Tech. (Japan), 2. NAIST (Japan))
(Brief summary of submitted abstracts)
・[P2-46]
This study explores carrier dynamics in high-purity GaN through time-resolved photoluminescence (TRPL) measurements. By applying Bayesian inference, we compared double- and stretched-exponential decay models across different temperatures. The analysis demonstrates that Bayesian methods provide a reliable method for model validation and accurate evaluation of carrier lifetimes.
・[8-03]
This study establishes an evaluation method for micro-structured GaN light-emitting devices using angle- and wavelength-angle-resolved cathodoluminescence (AR-CL, WAR-CL). By analyzing pit structures formed on GaN surfaces, the results reveal emission shifts and wavelength-dependent variations caused by sidewall effects. These findings demonstrate that WAR-CL is a powerful tool for clarifying emission mechanisms at the microscale.
・[8-04]
This study develops a deep learning-based pipeline for automated analysis of GaN trench structures in SEM images. The model integrates segmentation, shape recognition, and scale detection, enabling precise measurement of key parameters such as depth and width. With improved accuracy and full automation, the approach reduces operator bias and accelerates the optimization of microfabrication processes.
・[9-03]
This study investigates carrier dynamics in InGaN quantum wells with varying alloy compositions using time-resolved photoluminescence at 150 K. The blue, green, and red samples exhibit distinct lifetime spectra, with a sawtooth-like wavelength dependence most pronounced in the blue sample and absent in the red. The behavior is attributed to exciton localization and exciton transfer, with the pattern diminishing due to peak broadening or nonradiative recombination.
EM-NANO 2025
(左図）M2池辺さん
(右上図）M2野島さん
(右下図) M2宇佐美さん
2024.06.09 【発表】M2学生の別所 泰成さんが福岡国際会議場 にて行われた日本顕微鏡学会第81回学術講演会で ｢3次元アトムプローブと電子線トモグラフィーの3次元模擬データを用いた非剛体レジストレーションの検討」という題目で講演いたしました。
[発表題目] 3次元アトムプローブと電子線トモグラフィーの3次元模擬データを用いた非剛体レジストレーションの検討
Investigation of Non-Rigid Registration Using 3D Phantom Data of 3D Atom Probe and Electron Tomography
[著者名] 別所 泰成1、赤瀬 善太郎2,1、大竹 義人3、岩満 一功1,2冨谷 茂隆2,1
[所属] 1) 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学領域, 2) 奈良先端科学技術大学院大学 データ駆動型サイエンス創造センター, 3) 奈良先端科学技術大学院大学 情報科学領域
[講演要旨] 先端半導体デバイスは、更なる省エネ化と高速化の実現に向け構造の微細化と3次元的複雑化が進んでいる。性能に影響する微量不純物の3次元分布を正確に把握する必要があり、当研究グループでは3次元アトムプローブ(3DAP)と電子線トモグラフィー(ET)を組み合わせた高精度測定を目指している。3DAPは原子座標のポイントクラウド型データで微量元素の分布情報を持つが、像に歪みがある。一方、ETはボリューム型データで像の歪みが少ないが、微量元素の検出感度が低い。そこで我々はこれらの異種顕微鏡データの構造と特徴に着目し、医用画像の「非剛体レジストレーション」技術を応用したデータ間の正確な位置合わせ手法の開発に取り組んでいる。具体的には「Bスプライン変形場による歪み補正」と「CMA-ES(共分散行列適応進化戦略)などの非線形最適化法に基づくパラメータの最適化」を組み合わせた手法である。本講演では3DAP像とET像の3次元模擬データを用いた位置合わせの結果を報告する。模擬データとして緩やかな凸状の変形を加えた20,138個の原子からなる3DAPモデルと15,625ボクセルからなるETモデルを準備した。3DAPモデルの変形場を定義するため5×5×5=125点の制御点を用い、それぞれx、y、z方向の変位に対応する125×3=375個の変数の最適化を行った。正則項としてはBスプライン曲線の制御点での曲率を用いた。本実験では約30,000回の反復計算で3DAPモデルとETモデルの良好な一致が見られた。
2025.6.03 【発表】M2学生の福 隆之介さんが産業技術総合研究所 関西センター にて行われた応用物理学会関西支部 2025年度 第1回講演会で ｢主成分分析を用いた窒化インジウムガリウムのカソードルミネッセンススペクトルイメージングデータ解析」という題目でポスター発表しました。
[発表題目] 主成分分析を用いた窒化インジウムガリウムのカソードルミネッセンススペクトルイメージングデータ解析
[著者名] 福隆之介1，赤瀬善太郎2,1，岩満一功1,2，冨谷茂隆2,1
[所属] 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学領域1，データ駆動型サイエンス創造センター2
[講演要旨] 窒化インジウムガリウム（InGaN）は、インジウム組成比を調整することで紫外から赤外までの広い波長域の発光が可能であり、LEDなど発光デバイスに用いられている。一方で、In分布の不均一性や結晶欠陥に起因する局所的な発光特性のばらつきが課題となっている。本研究では、InGaN量子井戸構造に対してカソードルミネッセンススペクトルイメージング（CL-SI）測定を実施し、主成分分析により空間的な発光変化の可視化を試みた。その結果について報告する。
2025.6.03 【発表】M2学生の福 隆之介さんが産業技術総合研究所 関西センター にて行われた応用物理学会関西支部 2025年度 第1回講演会で ｢主成分分析を用いた窒化インジウムガリウムのカソードルミネッセンススペクトルイメージングデータ解析」という題目でポスター発表しました。
[発表題目] 主成分分析を用いた窒化インジウムガリウムのカソードルミネッセンススペクトルイメージングデータ解析
[著者名] 福隆之介1，赤瀬善太郎2,1，岩満一功1,2，冨谷茂隆2,1
[所属] 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学領域1，データ駆動型サイエンス創造センター2
[講演要旨] 窒化インジウムガリウム（InGaN）は、インジウム組成比を調整することで紫外から赤外までの広い波長域の発光が可能であり、LEDなど発光デバイスに用いられている。一方で、In分布の不均一性や結晶欠陥に起因する局所的な発光特性のばらつきが課題となっている。本研究では、InGaN量子井戸構造に対してカソードルミネッセンススペクトルイメージング（CL-SI）測定を実施し、主成分分析により空間的な発光変化の可視化を試みた。その結果について報告する。
2025.3.14-17 【発表】当研究室の教員およびM1学生が東京理科大学 野田キャンパスで開催された第72回応用物理学会 春季学術講演会にて、以下の発表を行いました。
･2025.3.16 [16p-K401-6] 15.4 III-V族窒化物結晶
波長角度分解カソードルミネッセンス法による窒化ガリウム半導体の発光特性評価
〇 宇佐美 翔太1、赤瀬 善太郎1、岩満 一功1、横川 俊哉1、藤倉 序章2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.住友化学株式会社)
・2025.3.17 [17p-K505-9] 23.1 合同セッションN「インフォマティクス応用」
非負値行列因子分解を活用したInGaN 量子井戸構造のマルチモーダル発光スペクトルイメージング解析 II
〇岩満 一功1、坂井 健太2、赤瀬 善太郎1、山口 敦史2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.金沢工大)
・2025.3.17 [17p-K505-10] 23.1 合同セッションN「インフォマティクス応用」
ベイズ推定を用いた窒化物半導体の時間分解フォトルミネッセンススペクトルの解析
〇池辺 啓太1、岩満 一功1、金木 奨太2、藤倉 序章2、赤瀬 善太郎1、山口 敦史3、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.住友化学、3.金沢工大)
・2025.3.17 [17p-K505-12] 23.1 合同セッションN「インフォマティクス応用」
三次元アトムプローブとTEMデータの融合に向けた非剛体レジストレー ション手法の開発
〇赤瀬 善太郎1、大竹 義人1、埋橋 淳2、岩満 一功1、山﨑 順3、大久保 忠勝2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.物質・材料研究機構、3.大阪大学)
この他、ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社および東京科学大学と共同で以下の発表も行われました。
・2025.3.15 [15a-K301-1] 17.3 層状物質
RFマグネトロンスパッタリング法による MoS2薄膜の結晶性と熱伝導率の関係
〇北澤 辰也1、稲葉 雄大1、山下 俊介1、今井 慎也2、黒原 啓太2、辰巳 哲也2、若林 整2、冨谷 茂隆3,1,2 (1.ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社、2.東京科学大、3.奈良先端大)
・2025.3.16 [16a-K101-5] 17.3 層状物質
低温薄膜 MoS2膜成膜に向けた低粒子フラックススパッタリング
〇今井 慎也1、宗田 伊理也1、角嶋 邦之1、辰巳 哲也1、冨谷 茂隆1、若林 整1 (1.東京科学大学)
･[16p-K401-6] 波長角度分解カソードルミネッセンス法による窒化ガリウム半導体の発光特性評価
宇佐美 翔太、他
窒化物半導体（GaN）は、広い波長域で高効率な発光が可能で、特にマイクロ/ナノLEDなど微細構造デバイスの開発が進展している。本研究では、波長角度分解カソードルミネッセンス法を用い、エッチングによるGaN結晶表面のピット形状と発光分布の関係を評価した。平坦部とピット側面で異なる発光特性が確認され、特定角度で指向性発光が顕著であった。これにより、微細構造の発光特性と表面形状の相関解析が可能となる。
・ [17p-K505-9] 非負値行列因子分解を活用したInGaN 量子井戸構造のマルチモーダル発光スペクトルイメージング解析 II
岩満 一功、他
III族窒化物半導体は深紫外～赤色の広範囲な波長領域での発光デバイスの実現可能性を持つが、点欠陥・転位等の結晶欠陥による影響や、InGaN量子井戸ではIndium組成の増加に伴って非混和性が大きくなる等、様々な要因が考えられる。我々はInGaN単一量子井戸層でのIndium組成ゆらぎとキャリアの相関把握のために、異なる手法の発光スペクトルイメージングを計測し、解析した結果を報告する。
・ [17p-K505-10] ベイズ推定を用いた窒化物半導体の時間分解フォトルミネッセンススペクトルの解析
池辺 啓太、他
窒化物半導体の混晶は、発光デバイスとしての活用が期待される一方、ドゥループ現象などの発光強度の問題や、量子井戸層における物理的性質についても未解明な点が存在する状況である。本研究ではこれらの課題解決のために、キャリアのダイナミクスの情報を含む時間分解フォトルミネッセンススペクトルの解析としてベイズ推定を用いたフィッティングを行い、仮定した発光減衰モデルにおける物理パラメータの定量的な推定を行う。
・[17p-K505-12] 三次元アトムプローブとTEMデータの融合に向けた非剛体レジストレー ション手法の開発
赤瀬 善太郎、他
半導体デバイスの高性能化に伴い、微量不純物の三次元分布を高精度に把握する重要性が高まっている．我々は，3DAPと電子線トモグラフィーのモダリティの異なるデータに対し非剛体レジストレーション技術を活用する高感度・高分解能な解析手法の開発に取り組んでいる．発表では，Bスプライン変形場による歪み補正とCMA-ESを用いて，二次元模擬データおよび実データでの位置合わせを実現した例を示す．
・ [15a-K301-1] RFマグネトロンスパッタリング法による MoS2薄膜の結晶性と熱伝導率の関係
北澤 辰也、他
本研究では、膜厚数nmのMoS2薄膜における硫黄原子欠陥と結晶性が熱伝導率に与える影響を調査した。断面STEMおよびXRDの結果、SVA処理後のMoS2薄膜においてS/Mo比と結晶子サイズが増加したことが明らかになった。また、光熱ラマン法より、SVA処理後のMoS2薄膜の面内熱伝導率は処理前に比べて少なくとも1桁向上したことが確認された。SVA処理により、薄膜の硫黄欠陥が補完され、結晶性が改善したことで、面内熱伝導率が向上したことが分かった。
2025.3.11 奈良県コンベンションセンターでNAISTデータ駆動型サインエス創造センター主催で「第１回NAIST 電子ラボノートフォーラム」が開催されました。当研究室の教員も運営にかかわりました。
当フォーラムにて、赤瀬准教授が「NAISTにおける電子ラボノート実践的取り組み事例の紹介」という題目で講演を行いました。本フォーラムの内容など、電子ラボノートへの取り組みにご興味ある方はご連絡ください。
http://www-dsc.naist.jp/dsc_naist/eln-seminar-20250311/
2024.11.06 【発表】M1学生の宇佐美翔太さんが大阪工業大学にて行われた応用物理学会関西支部 2024年度 第2回講演会で ｢波長角度分解カソードルミネッセンス法による窒化ガリウム半導体の三次元発光分布解析法の検討」という題目でポスター発表しました。
(要旨) 窒化物半導体（GaN）発光デバイスは、可視光領域の照明やディスプレイ用途に加え、近年では紫外線領域の殺菌・消毒用途にも広く用いられている。発光効率の向上には、三次元的な構造の作り込みが重要になってきている。我々は、三次元表面形状を有するGaN結晶の微小領域からの発光分布の形状依存性を解析するため、波長角度分解カソードルミネッセンス（WAR-CL）法を検討している。本発表ではその結果について報告する。
2024.11.03-09 【講演】冨谷教授がOahu, Hawaii (USA) にて行われた12th International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2024)で ｢Non-negative matrix factorization analysis for multi-modal luminescence spectral imaging of InGaN quantum well｣という題目で講演しました。
2024.11.02-03 【発表】赤瀬特任准教授が北海道大学にて行われた日本顕微鏡学会 第67回シンポジウム で ｢3DAPファントムデータの非剛体レジストレーションの試み」という題目で発表しました。
2024.10.31-11.1 立命館大学で行われた6大学合同の夏期ワークショップに参加し、M1学生6名全員がポスター発表をしました。
池辺啓太 「ベイズ推定を用いた窒化物半導体のフォトルミネッセンススペクトルの解析の検討」
宇佐美翔太 「波長角度分解カソードルミネッセンス法による窒化ガリウム半導体表面モフォロジー発光分布評価手法の検討」
北島光貴 「AlGaN/GaN二次元電子ガス構造の発光スペクトル解析」
福隆之介 「カソードルミネッセンススペクトルイメージングによる窒化インジウムガリウム量子井戸構造の光物性評価」
別所泰成 「透過型電子顕微鏡によるアモルファス酸化物多層膜の３次元観察手法の初期的検討」
野島聖耀 「走査型電子顕微鏡による半導体トレンチ構造の画像認識技術の初期検討」
2024.10.17 【発表】岩満助教がBusan (Korea) にて行われたThe 11th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors (APWS 2024)で ｢Spectral Imaging Analysis of InGaN Quantum Wells Using Tensor Decomposition｣という題目で発表しました。
"Spectral Imaging Analysis of InGaN Quantum Wells Using Tensor Decomposition"
Kazunori Iwamitsu 1, Kenta Sakai 2, Zentaro Akase 1, Atsushi A. Yamaguchi 2, and Shigetaka Tomiya1
1. Nara Institute of Science and Technology, 8916-5 Takayama-cho / Ikoma, Nara 630-0192, Japan
2. Kanazawa Institute of Technology, 7-1 Ohgigaoka / Nonoichi, Ishikawa 921-8501, Japan
2024.10.05 計測インフォマティクス研究室のXアカウントを新たに開設しました。
2024.10.02【発表】岩満助教がグランドメルキュール奈良橿原にて行われた第43回電子材料シンポジウム (The 43rd Electronic Materials Symposium)で ｢Multi-modal Analysis of Spectral Imaging of InGaN Quantum Wells Using Tensor Decomposition｣という題目で発表しました。
We1-9
Multi-modal Analysis of Spectral Imaging of InGaN Quantum Wells Using Tensor Decomposition
テンソル分解を用いたInGaN量子井戸構造におけるスペクトルイメージングのマルチモーダル解析
K. Iwamitsu*, K. Sakai**, I. Shimbo**, H. Tosa**, Z. Akase*, A. A. Yamaguchi**, and S. Tomiya*
*Nara Institute of Science and Technology, **Kanazawa Institute of Technology
Abstract
Semiconductor devices use band gap engineering to achieve the desired electrical or optical properties by varying alloy composition. Since the degree of compositional fluctuations of III-V semiconductors is often small, the compositional fluctuations can be treated as perturbations. However, in the III-nitride semiconductors, alloy disorder is a critical issue because this significantly affects material properties. Due to composition fluctuations of InGaN alloy layers, it is known that the carrier localization provides a certain tolerance to dislocations and does not lead to an extreme decrease in emission efficiency [1]. On the other hand, K. Mori-Tamamura et al. [2] reported that the higher the In composition, the more pronounced the composition fluctuations become and the more the localization effect increases, resulting in lower radiative transition probability and decreased PL emission efficiency. For example, Y. Kanitani et. al. show that the In composition fluctuations of In0.25Ga0.75N are a few nanometers by using 3D atom probe tomography. In contrast, it has been reported that the carrier diffusion length of InGaN quantum well (QW) layers is several tens of micrometers [4]. Despite extensive research on InGaN QWs, many aspects are open questions.
In this study, we would like to clarify the relationship between compositional fluctuations and the distributions of emission intensity and its energy by utilizing photoluminescence (PL) and cathodoluminescence (CL) spectral imaging measurements. Figure 1 shows that there are complex distributions for the integrated PL intensity of an InGaN single QW layer. Thus, it is natural for data science to extract physical properties using machine learning techniques. As shown in Fig. 2, the PL spectral imaging is factorized into the simplified spatial W and spectral H^T features using the one-sided orthogonal nonnegative matrix factorization [5]. In this talk, we will discuss the details of this strategy and the characteristic features similarly extracted from CL spectral imaging.
Reference;
[1] S. F. Chichibu, A. Uedono, T. Onuma, B. A. Haskell, A. Chakraborty, T. Koyama, S. Keller, S. P. Denbaars, J. S. Speck, U. K. Mishra, S. Nakamura, S. Yamaguchi, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, J. Han, T. Sota, Nature Mater 5, 810-816 (2006).
[2] K. Mori-Tamamura, Y. Morimoto, A. A. Yamaguchi, S. Kusanagi, Y. Kanitani, Y. Kudo, S. Tomiya, Jpn. J. Appl. Phys. 62, 105501 (2023).
[3] Y. Kanitani, S. Tanaka, S. Tomiya, T. Ohkubo, K. Hono, Jpn. J. Appl. Phys. 55, 05FM04 (2016).
[4] A. David, Phys. Rev. Applied 15, 054015 (2021).
[5] H. Tanimoto, X. Hongkun, M. Mizumaki, Y. Seno, J. Uchiwada, R. Yamagami, H. Kumazoe, K. Iwamitsu, Y. Kimura, K. Amezawa, I. Akai, T. Aonishi, J. Phys. Commun. 5, 115005 (2021).
2024.09.18 【講演】岩満助教が新潟 朱鷺メッセにて行われた第85回応用物理学会秋季学術講演会で ｢非負値行列因子分解を活用したInGaN量子井戸構造のマルチモーダル発光スペクトルイメージング解析｣という題目で講演しました。
[18p-A24-8]
非負値行列因子分解を活用したInGaN量子井戸構造のマルチモーダル発光スペクトルイメージング解析
〇岩満 一功1、坂井 健太2、赤瀬 善太郎1、山口 敦史2、冨谷 茂隆1 (1.奈良先端大、2.金沢工大)
同会議にて、金沢工業大学の新保 樹さん（M1）が以下の講演を行いました。
[19p-C42-13]
InGaN単一量子井戸におけるフォトルミネセンス寿命の波長依存性
〇新保 樹1、土佐 宏樹1、山口 敦史1、岩満 一功2、冨谷 茂隆2 (1.金沢工大、2.奈良先端大)
2024.09.06 【チュートリアル招待講演】冨谷が ワイドギャップ半導体学会 特別公開シンポジウム「ワイドギャップ半導体の結晶成長・評価・デバイスの最前線」で「半導体材料・デバイスにおけるXインフォマティクス ～TEM/3DAPマルチモーダル解析など計測インフォマティクスを中心に～」という題目でチュートリアル講演をしました。
2024.09.26 【発表】M1学生の宇佐美さんと野島さんが大阪大学 産業科学研究所にて開かれたJSAP学生チャプター講演会にてポスター発表をしました。
P-11
波長角度分解カソードルミネッセンス法による窒化ガリウム半導体材料の評価
Characterization of III-Nitride materials by using wavelength- and angle-resolved cathodoluminescence spectroscopy
奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学領域1，データ駆動型サイエンス創造センター2
○(M1) 宇佐美翔太1，赤瀬善太郎2,1，岩満一功1,2，冨谷茂隆2,1
P-12
機械学習を援用した電子顕微鏡画像の特徴量抽出技術の研究
Feature Extraction Techniques for Electron Microscope Images Using Machine Learning
奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学領域1，データ駆動型サイエンス創造センター2
○(M1)野島聖耀1、岩満一功1,2、赤瀬善太郎2,1、冨谷茂隆2,1
2024.09.18 【論文】A. Irie, A. Aditya, K. Nomura, S. Fukushima, S. Hattori, R. K. Kalia, A. Nakano, V. Rodin, F. Shimojo, S. Tomiya, P. Vashishta, J. Phys. Chem. C 128, 38, 16172-16178 (2024) "Thermoelectric Grain Boundary in Monolayer MoS2" が出版されました。
2024.09.03 【招待講演】冨谷が姫路 Arcrea HIMEJI にて行われた SSDM 2024 (2024 International Conference on Solid State Devices and Materials）で「Metrology informatics on semiconductor ~ Multimodal analysis of gallium nitride as examples ~」という題目で講演しました。
Abstract
With the advent of new materials and the increasing complexity of devices, there is a need to develop more advanced measurement and data analysis techniques. This talk first discusses the purpose of measurement and the need for metrology informatics using data science. Then, a case study of efficient data processing by machine learning in the analysis of ion-induced damage in GaN is presented. A case study of dislocation analysis in GaN using a combination of transmission electron mi-croscopy and 3D atom probe tomography will also be presented. Finally, I explore the potential of multimodal analysis methods to obtain accurate and reliable results.
2024.07.20 【招待講演】冨谷がNAISTにて行われた 日本材料学会 半導体エレクトロニクス部門委員会 第1回研究会で「半導体材料・デバイスにおけるXインフォマティクス ～計測インフォマティクスを中心に～」という題目で講演しました。
2024.06.27 【招待講演】冨谷が核融合研究所にて行われた 核融合科学研究所 プラズマ量子プロセスユニット セミナーにて「半導体材料・デバイスにおけるマルチモーダル解析と今後の展望」という題目で講演しました。
2024.06.19 「プロセスインフォマティクス ～データサイエンスで変わる材料開発と製造～」（株式会社 情報機構 (編集) ISBN 978-4-86502-270-4）が出版されました。冨谷は「第４節 物性の計測とインフォマティクス」を執筆しました。
2024.06.18 NEDO 研究評価委員会「次世代ファインセラミックス製造プロセスの基盤構築・応用開発」（中間評価）分科会 委員として冨谷が参加しました。
2024.05.22 【講義】冨谷が三重大学の学生に「世の中をささえる半導体・エレクトロニクスと研究開発のデジタルトランスフォーメーション」という題目で特別講義を行いました。
2024.05.02 【論文】T. Kitazawa, Y. Inaba, S. Yamashita, S. Imai, K. Kurohara, T. Tatsumi, H. Wakabayashi, S. Tomiya, Jpn. J. Appl. Phys. 63 055508 (2024) "Impact of crystallinity on thermal conductivity of RF magnetron sputtered MoS2 thin films" が出版されました。 DOI 10.35848/1347-4065/ad46ae
2024.04.22 新M1学生６名が計測インフォマティクス研究室に配属されました。
2024.04.01 岩満助教が奈良先端科学技術大学院大学に着任し、計測インフォマティクス研究室に参画いたしました。
2024.01.01 赤瀬特任准教授が奈良先端科学技術大学院大学に着任し、計測インフォマティクス研究室に参画いたしました。
2023.11.30 【講演】冨谷が 第4 回 NAIST&㈱けいはんな リレーセミナー 『奈良先端科学技術大学院大学の産学連携の新たなチャレンジ』にて講演いたしました。
「データ駆動型サイエンス創造センターのご紹介」
これまでの仮説駆動型の科学、すなわち研究者が想定した仮定を実験によって検証する形の科学から、さまざまな形で得られた実験データをもとにそれを説明するモデルを見つけ出す、という「データ駆動型」の科学へとアプローチが変わりつつあると言われています。本センターでは、データ駆動型サイエンスを情報・バイオ・物質及びその融合領域に横断的に展開し、これらの領域における新しい学際融合領域の開拓を行い、先端的研究の展開と、社会の要請に応える柔軟な教育を推進しています。さらに、実験研究と理論研究とAIの各研究分野を密接に連携させ、研究結果から抽出された知見を迅速に次の研究の方向性決定に還元する新しい研究サイクルを実現する「リサーチトランスフォーメーション」プラットフォームを先駆けて構築する活動を開始しました。本講演では、本センターとリサーチトランスフォーメンションへの取り組み特に計測インフォマティクスへの取り組みについて紹介いたします。
2023.11.30 【招待講演】冨谷が"8th Autumn School on Chemoinformatics" にて招待講演を行いました。
"Metrology Informatics on Semiconductor Materials"
Materials Informatics is a method of exploring and designing new materials using data-driven science. For this purpose, optimizing materials fabrication processes and processing methods for data measurement and analysis are also indispensable. In recent years, it has come to be called process informatics and metrology informatics.
Material properties and device characteristics depend highly on the fabrication method, i.e., "process." Therefore, it is necessary to add process conditions in addition to the correlation between physical properties and structure (composition and device configuration). Measurement and analysis are essential to grasp changes in materials due to processes. Therefore, the key is extracting valuable and extensive information from the acquired data. It is essential to accurately capture material changes caused by process conditions in process development, and quantitative measurement data is required. Using informatics methods will become increasingly important to extract more information from measurement data than ever.
In this talk, after describing the importance of metrology informatics from the viewpoint of so-called RX (research transformation), we will introduce examples of metrology informatics mainly related to semiconductors, including our studies, such as the dry etching process of GaN and composition fluctuations of InGaN ternary alloys by using transmission electron microscopy and the related spectroscopy.
2023.10.20 【招待講演】冨谷がアメテック株式会社カメカ事業部様主催のセミナーにて招待講演を行いました。
材料・デバイスにおける計測インフォマティクス
2024.01.18 【講義】冨谷が大阪大学 ナノサイエンスデザイン教育センター 社会人教育プログラム「ナノ構造・機能計測解析学」コースにて「光・電子デバイスの解析」という題目の講義をしました。
2023.12.29 【論文】Z. Chen, S. Tomiya, J. Lin et al, Digital Discovery, 2024,3, 369-380 "An interpretable and transferrable vision transformer model for rapid materials spectra classification"が出版されました。
2023.09.26 【招待講演】冨谷がMI-6様「MI Conf 2023 -Materials Informatics Conference-」にてオンライン招待講演を行いました。
マテリアルズインフォマティクスにおける計測の役割り
2023.09.20 【受賞】冨谷らの研究グループが第13回日本金属学会まてりあ論文賞を受賞しました。
賞名：第13回 日本金属学会まてりあ論文賞
受賞者：岡本和也（日本工業大学大学院・教授）、杉山昌章（大阪大学超高圧電子顕微鏡センター・招聘教授）、武藤俊介（教授）、青柳里果（成蹊大学・教授）、冨谷茂隆（奈良先端科学技術大学院大学・教授）
論文名：先端材料開発に向けた、AI先端計測技術の多角的視点からの考察(第1回)(第2回)
2023.07.01 冨谷が奈良先端科学技術大学院大学に着任し、計測インフォマティクス研究室が発足しました。
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