半導体化学気相成長の科学
キーワード：化学気相成長
2024.04～2028.03.

深紫外LEDの実用化に向けたAlGaNヘテロ界面の原子レベル制御
キーワード：深紫外LED
2023.04～2026.03.

省エネルギー次世代半導体デバイス開発のための量子論マルチシミュレーション
キーワード：量子論マルチシミュレーション
2020.04～2023.03.

深紫外領域半導体レーザの実現と超高濃度不純物・分極半導体の研究
キーワード：深紫外レーザ
2016.04～2022.03.

特異構造の結晶科学～完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス～
キーワード：結晶の特異構造
2016.04～2021.03.

省エネルギー社会の実現に資する次世代半導体研究開発
キーワード：次世代パワーデバイス
2016.04～2021.03.

革新的高信頼性窒化物半導体パワーデバイスの開発と応用
キーワード：パワーデバイス
2016.10～2020.11.

超高効率化合物太陽電池の創製に関する研究
キーワード：多接合太陽電池
2008.10～2017.03.

深紫外LED／パワーデバイス開発に向けたAlN固体ソース溶液成長技術の開発
キーワード：パワーデバイス、深紫外LED、バルクAlN
2006.04～2020.11.

量子計算科学によるInN加圧MOVPEにおける異相混入機構の解明
キーワード：立方晶InN、気相の自由エネルギを考慮した第一原理計算
2012.04～2017.03.

熱分解法による微傾斜SiC基板上グラフェン成長における成長機構の理論解析
キーワード：グラフェン
2009.04～2021.03.

気相の自由エネルギーを考慮した第一原理計算による立方晶GaNの成長機構の検討
キーワード：立方晶GaN、気相の自由エネルギを考慮した第一原理計算
2005.01～2014.03.

窒化物半導体混晶の非混和性に対する基板拘束の影響
キーワード：InGaN、格子拘束、非混和性
2000.04～2014.03.

文部科学省「富岳」成果創出加速プログラム「省エネルギー次世代半導体デバイス開発のための量子論マルチシミュレーション」
2020.04～2023.03, 代表者：押山淳, 名古屋大学, 名古屋大学.

JST CREST「深紫外領域半導体レーザの実現と超高濃度不純物・分極半導体の研究」
2016.04～2022.03, 代表者：岩谷素顕, 名城大学, 名城大学.

文部科学省「省エネルギー社会の実現に資する次世代半導体研究開発」
2016.05～2021.03, 代表者：天野 浩, 名古屋大学, 名古屋大学（日本）.

日本学術振興会 新学術領域研究（研究領域提案型）「特異構造の結晶科学～完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス～：計算科学によるヘテロボンドの理論的材料設計」
2016.04～2021.03, 代表者：伊藤智徳, 三重大学, 東京大学.

HORIZON 2020: Innovative Reliable Nitride based Power Devices and Application (InRel-NPower)
2017.01～2020.11, 代表者：Gaudenzio Meneghesso, University of Padova, University of Padova (イタリア).

JST 日－EU戦略的国際共同研究プログラム(SICORP)「革新的高信頼性窒化物半導体パワーデバイスの開発と応用」
2016.10～2020.11, 代表者：三宅秀人, 三重大学, 三重大学.

ポストシリコン超高効率太陽電池の研究開発（集光型多接合）～III-V-N系半導体成長シミュレータの研究開発～
2008.10～2015.03, 代表者：山口真史, 豊田工業大学, 豊田工業大学（日本）.

固体ソース溶液成長により作製したAlNバルク結晶の光学特性
2013.04～2020.03, 代表者：寒川義裕、秩父重英, 九州大学、東北大学, 九州大学、東北大学（日本）.

量子計算科学によるInN加圧MOVPEにおける異相混入機構の解明
2012.04～2020.03, 代表者：寒川義裕、松岡隆志, 九州大学、東北大学, 九州大学、東北大学（日本）
気相の自由エネルギーを考慮した第一原理計算により、InN加圧MOVPEにおける異相混入機構を解析している。.

International research collaboration on bulk III-Nitride growth
2013.09, 代表者：寒川義裕、I. Grzegory, T. Suski, M. Bockowski, S. Krukowski, 九州大学、UNIPRESS, PAS (Poland), 九州大学（日本）、UNIPRESS, PAS (Poland).

International research collaboration on next generation thermo-electric and high frequency power devices developments
2014.04, 代表者：William T. Reynolds, Jr., Michael R. von Spakovsky, Virginia Tech., Virginia Tech (USA).

Innovation on growth technology of III-Nitride semiconductors
2012.09, 代表者：寒川義裕、E. Meissner, 九州大学、Fraunhofer IISB (Germany), 九州大学（日本）、Fraunhofer IISB (Germany).

主要著書

1.	T. Matsuoka, Y. Kangawa, Epitaxial Growth of III-Nitride Compounds: Computational Approach, Springer, 10.1007/978-3-319-76641-6, 2018.05, This book presents extensive information on the mechanisms of epitaxial growth in III-nitride compounds, drawing on a state-of-the-art computational approach that combines ab initio calculations, empirical interatomic potentials, and Monte Carlo simulations to do so. It discusses important theoretical aspects of surface structures and elemental growth processes during the epitaxial growth of III-nitride compounds. In addition, it discusses advanced fundamental structural and electronic properties, surface structures, fundamental growth processes and novel behavior of thin films in III-nitride semiconductors. As such, it will appeal to all researchers, engineers and graduate students seeking detailed information on crystal growth and its application to III-nitride compounds..
2.	Tomonori Ito, Yoshihiro Kangawa, Ab initio-Based Approach to Crystal Growth Chemical Potential Analysis, Elsevier Inc., 10.1016/B978-0-444-56369-9.00011-3, 1, 477-520, 2014.12, [URL], Computer-aided calculations for crystal growth in the area of semiconductor materials are presented from the viewpoint of an ab initio-based approach. Reliable predictions can now be made for a wide range of problems in the field of semiconductor crystal growth, such as surface reconstructions, adsorption-desorption, and migration behavior of atomic and molecular species as functions of growth conditions, by employing chemical potential analysis in ab initio calculations. The availability of chemical potential analysis is examined by investigating surface phase diagrams and growth processes on the reconstructed surfaces for prototypical semiconductors, including GaAs, InAs on GaAs, GaN, and InGaN on GaN with the aid of Monte Carlo simulations. An overview of these issues is provided and the latest achievements are presented to illustrate the capability of the ab initio-based approach by directly comparing with experimental results under realistic growth conditions, such as growth temperature and gas pressure. The successful applications in crystal growth lead to future prospects in the ab initio-based approach to the materials' design and consequently great advances in crystal growth for various materials, including nanomaterials..
3.	Takashi Nakayama, Yoshihiro Kangawa, Kenji Shiraishi, Atomic Structures and Electronic Properties of Semiconductor Interfaces, Elsevier Inc., 1, 113-174, 2011.01.

主要原著論文

1.	Yoshihiro Kangawa, Akira Kusaba, Paweł Kempisty, Kenji Shiraishi, Shugo Nitta, Hiroshi Amano, Progress in Modeling Compound Semiconductor Epitaxy: Unintentional Doping in GaN MOVPE, Crystal Growth & Design, 10.1021/acs.cgd.0c01564, 21, 3, 1878-1890, 2021.02.
2.	Pawel Kempisty, Yoshihiro Kangawa, Evolution of the free energy of the GaN (0001) surface based on first-principles phonon calculations, PHYSICAL REVIEW B, 10.1103/PhysRevB.100.085304, 100, 085304-1-12, 2019.08.
3.	Pawel Kempisty, Yoshihiro Kangawa, Akira Kusaba, Kenji Shiraishi, Stanislaw Krukowski, Michal Bockowski, Koichi Kakimoto, Hiroshi Amano, DFT modeling of carbon incorporation in GaN(0001) and GaN(000 1 ) metalorganic vapor phase epitaxy, Applied Physics Letters, 10.1063/1.4991608, 111, 14, 2017.10, [URL], The carbon incorporation mechanism in GaN(0001) and GaN(000 1) during MOVPE was investigated using density functional theory (DFT) calculations. The results confirm that the crucial factors for carbon incorporation are Fermi level pinning and accompanying surface band bending. In addition, the lattice symmetry has a strong dependence on the stability of carbon in a few subsurface layers, which results from interactions between the impurities and surface states. It was shown that these effects are responsible for facilitating or hindering the incorporation of impurities and dopants. The influence of diluent gas species (hydrogen or nitrogen) on carbon incorporation was discussed..
4.	Y. Kangawa, H. Suetsugu, M. Knetzger, E. Meissner, K. Hazu, S. F. Chichibu, T. Kajiwara, S. Tanaka, Y. Iwasaki, K. Kakimoto, Structural and optical properties of AlN grown by solid source solution growth method, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 10.7567/JJAP.54.085501, 54, 8, 085501-1-5, 2015.08.
5.	Y. Kangawa, A. Kusaba, H. Sumiyoshi, H. Miyake, M. Bockowski, K. Kakimoto, Real-time observation system development for high-temperature liquid/solid interfaces and its application to solid-source solution growth of AlN, APPLIED PHYSICS EXPRESS, 10.7567/APEX.8.065601, 8, 6, 065601-1-3, 2015.06.
6.	Y. Kangawa, T. Ito, A. Koukitu, K. Kakimoto, Progress in theoretical approach to InGaN and InN epitaxy: In incorporation efficiency and structural stability, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 10.7567/JJAP.53.100202, 53, 10, 100202-1-11, 2014.10.
7.	Yoshihiro KANGAWA, Toru Akiyama, Tomonori Ito, Kenji Shiraishi, Takashi Nakayama, Surface Stability and Growth Kinetics of Compound Semiconductors: An Ab Initio-Based Approach, MATERIALS, 10.3390/ma6083309, 6, 8, 3309-3360, 2013.08, We review the surface stability and growth kinetics of III-V and III-nitride semiconductors. The theoretical approach used in these studies is based on ab initio calculations and includes gas-phase free energy. With this method, we can investigate the influence of growth conditions, such as partial pressure and temperature, on the surface stability and growth kinetics. First, we examine the feasibility of this approach by comparing calculated surface phase diagrams of GaAs(001) with experimental results. In addition, the Ga diffusion length on GaAs(001) during molecular beam epitaxy is discussed. Next, this approach is systematically applied to the reconstruction, adsorption and incorporation on various nitride semiconductor surfaces. The calculated results for nitride semiconductor surface reconstructions with polar, nonpolar, and semipolar orientations suggest that adlayer reconstructions generally appear on the polar and the semipolar surfaces. However, the stable ideal surface without adsorption is found on the nonpolar surfaces because the ideal surface satisfies the electron counting rule. Finally, the stability of hydrogen and the incorporation mechanisms of Mg and C during metalorganic vapor phase epitaxy are discussed..
8.	Yoshihiro KANGAWA, Ryutaro Toki, Tomoe Yayama, Boris M. Epelbaum, Koichi Kakimoto, Novel Solution Growth Method of Bulk AlN Using Al and Li3N Solid Sources, APPLIED PHYSICS EXPRESS, 10.1143/APEX.4.095501, 4, 9, 095501-1-095501-3, 2011.09, 窒化アルミニウムは深紫外LEDやパワーデバイス用の材料として期待されている。しかし、そのバルク成長技術は開発途上にある。本研究では、固体ソース溶液成長技術を開発し、窒化アルミニウムのバルク成長に適用した。新規溶液成長技術により、従来の窒素ガスを窒素原料とする低温溶液成長技術に比べ約２倍の成長速度を達成することに成功した。また、得られた窒化アルミニウム単結晶に含まれる貫通転位密度はハライド気相成長法により作製した単結晶と同程度であり、高品質結晶の成長が確認された。以上より、本研究で開発した固体ソース溶液成長技術の適用可能性が示唆された。.
9.	寒川義裕・柿本浩一・伊藤智徳・纐纈明伯, InGaN混晶半導体における原子配列の理論的検討, 応用物理, vol. 76, p. 495, 2007.05.

主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等

1.	寒川義裕, AIによる材料製造条件の探索『プロセス・インフォマティクス』技術の進展, 応用物理, 92, 599, 2023.10, 材料開発の分野では，ノウハウ（経験と勘）による“ものづくり”からの脱却，人工知能（AI）を活用した“ものづくり”への移行が進められている．ここで核心となるのは，現実空間の製造プロセスを仮想空間に再現するデジタルツイン技術，いわゆるシミュレーション技術の開発である．本稿では，ナノテクノロジー推進の根幹である化学気相成長を例に，そのシミュレーション技術の最近の進展について解説する．また，AIによる製造条件探索『プロセス・インフォマティクス』への展開について述べる．.
2.	寒川義裕, 材料開発におけるプロセス・インフォマティクスの最新事情, 学士會会報, 第950号77-81頁, 2021.09, 材料開発におけるプロセス・インフォマティクス学術分野の開拓を推し進めている。本報告では国内外の研究トレンドから最新の研究事例までを俯瞰的に紹介している。.
3.	寒川義裕、秋山　亨、伊藤智徳、白石賢二、柿本浩一, 立方晶GaNの成長過程と構造安定性, 日本結晶成長学会誌, 2008.10.
4.	寒川義裕、柿本浩一、伊藤智徳、纐纈明伯, InGaN混晶半導体における原子配列の理論的検討, 応用物理学会誌, 2007.02.
5.	寒川義裕、松尾有里子、秋山亨、伊藤智徳、白石賢二、柿本浩一, c-GaN分子線エピタキシーにおける成長初期過程の理論解析, クリスタルレターズ, 2007.02.
6.	寒川義裕、伊藤智徳、熊谷義直、纐纈明伯, InGaN気相成長における気相-固相関係に対する基板拘束の影響, 日本結晶成長学会誌, 2003.02.
7.	寒川 義裕, 伊藤智徳, 田口明仁, 白石賢二, 平岡佳子, 入澤寿美, 大鉢 忠, GaAsエピタキシャル成長における吸着－脱離現象への理論的アプローチ, 日本結晶成長学会誌, 29, pp. 57-64, 2002.02.

主要学会発表等

1.	寒川義裕, 半導体化学気相成長のプロセスモデリング, 日本金属学会九州支部 日本鉄鋼協会九州支部 2024年度春季講演会（湯川記念講演会）, 2024.04.
2.	寒川義裕, GaN MOCVDにおけるプロセスインフォマティクスの進展, 化学工学会CVD反応分科会第37回シンポジウム「CVDと薄膜の計算科学」, 2023.03, 本講演では、窒化ガリウム有機金属化学気相成長（MOCVD）のプロセスインフォマティクスにおけるシミュレーション技術（デジタルツイン）の進展について、最近の研究事例を用いて詳細に解説する。.
3.	寒川義裕, Process Informatics − 半導体化学気相成長の科学, 学習院桜友会寄付講座（生命情報社会学）シンポジウム X–informatics 〜巡り会うデータサイエンス〜, 2023.02, 本講演では、半導体化学気相成長のプロセス探索に関する最近の進展について、一般市民向けにわかりやすく紹介する。.
4.	寒川義裕, 窒化物半導体プロセスインフォマティクスの開拓, 日本材料学会 ナノ材料部門委員会・ 半導体エレクトロニクス部門委員会 合同研究会, 2022.11, 半導体テクノロジーの根幹を成す化学気相成⻑は、①気相反応、②表⾯プロセス、③固相拡散が絡み合う複雑系であり、プロセス・インフォマティクスの核⼼となるシミュレーション技術は未だ確⽴されていない。本講演では、化学気相成長条件（説明変数）から残留不純物濃度（⽬的変数）をダイレクトに計算予測するシミュレーション技術（量⼦⼒学と統計熱⼒学に⽴脚したマルチフィジックス結晶成⻑シミュレーション技術）を紹介する。また、データ同化により①気相反応の速度定数をチューニングした事例、ベイズ最適化により②⼤規模表⾯再構成モデルを構築した事例を紹介する。.
5.	寒川義裕, 半導体材料開発の新機軸～プロセス・インフォマティクス～, ワイドギャップ半導体学会第8回研究会, 2022.10, 近年のプロセス・インフォマティクス技術の開発状況を外観し、最近の研究事例：省エネルギー次世代半導体デバイス（GaNパワーデバイス）開発を目的とした適用事例を紹介する。.
6.	Y. Kangawa, P. Kempisty, K. Shiraishi, Modeling and process design of III-nitride MOVPE, The 6th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications, 2018.04.
7.	Y. Kangawa, Ab Initio-Based Approach to Crystal Growth of Nitride Semiconductors: Contribution of Growth Orientation and Surface Reconstruction, International Workshop on Nitride Semiconductors 2016, 2016.10, It is known that the growth process of semiconductors depends on the growth conditions such as growth temperature, partial pressures of gaseous sources, and growth orientation. To improve the crystalline quality of thin films, many experimentalist have studied the relationships between growth processes and growth conditions. A lot of technical knowledges and know-how to optimize the growth conditions have been reported. However, there is no discussion about atomistic-scale phenomena because in situ observations using electron beam is difficult in case of MOVPE and HVPE system. The knowledge of atomistic-scale phenomena is indispensable to control the growth process more precisely. Ab initio calculation is a powerful technique for modelling and analysis of atomistic-scale phenomena. The conventional ab initio calculation has been applicable to the analysis of stable surface reconstruction at absolute zero. In 2001, we proposed an ab initio-based approach that incorporates the gas-phase free energy. The theoretical approach is useful for analyzing the influence of the growth temperature and the partial pressures on the stability of the surface reconstructions. Transition of surface reconstruction on various surface orientations brings change in surface energy, i.e., change in relative stability among various surface orientations which induces facet formation. A surface phase diagram obtained by the theoretical approach is valuable in the optimization of the growth conditions and the acceleration of material development. In the present talk, I introduce how to make the surface phase diagram of nitride semiconductors by the theoretical approach..
8.	Y. Kangawa, H. Miyake, M. Bockowski, K. Kakimoto, Development of in situ observation system for liquid/solid interface during solution growth of AlN, Workshop on Ultra-Precision Processing for Wide Bandgap Semiconductors (WUPP2015), 2015.08.
9.	Y. Kangawa, K. Kakimoto, Theoretical aspects in growth of In-rich InGaN, SPIE 2015 Photonics West, 2015.02.
10.	寒川義裕, 秋山 亨, 伊藤智徳, 白石賢二, 中山隆史, 化合物半導体エピタキシーにおける量子計算科学の展開, 第44回結晶成長国内会議（NCCG-44）, 2014.11.
11.	Y. Kangawa, S. Nagata, K. Kakimoto, Microstructure of AlN/AlN(0001) grown by solid-source solution growth (3SG) method, 8th International Workshop on Bulk Nitride Semiconductors (IWBNS-VIII), 2013.10.
12.	Y. Kangawa, Influence of substrate orientation on In incorporation efficiency of InGaN grown by MOVPE -Theoretical approach on growth process/kinetics of InGaN-, 16th International Conference on MetalOrganic Vapor Phase Epitaxy (ICMOVPE-16), 2012.05.
13.	Y. Kangawa, B. M. Epelbaum, K. Kakimoto, Two-phase-solution growth of AlN on self-nucleated AlN crystal, IWBNS-7 (7th International Workshop on Bulk Nitrides Semiconductors), 2011.03.
14.	Y. Kangawa, K. Kakimoto, Possibility of AlN growth using Li-Al-N solvent, 6th International Workshop on Bulk Nitride Semiconductors (IWBNS-VI), 2009.08.

特許出願・取得

所属学会名

学協会役員等への就任

学会大会・会議・シンポジウム等における役割

学会誌・雑誌・著書の編集への参加状況

学術論文等の審査

海外渡航状況, 海外での教育研究歴

外国人研究者等の受入れ状況