【研究分野】電子・電気材料工学

【研究領域課題番号】15H03972 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

選択成長 / 立体チャネル / パワーデバイス / 窒化ガリウムGaN / トランジスタ / GaNデバイス / FinFET / GaN / 電子デバイス / 電気・電子材料 / 結晶成長

【研究成果の概要】

窒化ガリウム（GaN）によるパワーデバイスとして、従来の高移動度トランジスタ（HEMT）より優れた低損失特性が期待できる立体チャネルを持つFinFET （Fin field effect transistor）型トランジスタを、GaNの選択成長法を用いて作製するプロセス技術を検討した。また、合わせて高特性を得るためのデイバイス構造をシミュレーションで検討した。実験では、選択成長法で形成したFin型チャネル領域への貫通転移の低減効果を明らかにし、実際にトランジスタの動作実証まで行った。

【研究の社会的意義】

GaNによるFinFETの研究はこれまで限定的に行われてきていたが、Fin構造を選択成長法で形成する提案は新規である。GaNのデバイス技術では結晶欠陥の制御が常に課題であるが、本提案は高性能デバイス実現に大きく貢献できる。また、パワーデバイス応用の観点で低損失特性をどこまで追求できるかの基礎的知見も明らかにできた。これらを通して、更なるGaNパワーデバイスの高性能化への一つの道筋が明らかになれば、社会の省エネルギー化に大きく貢献するデバイス技術になる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2020-03-31

【配分額】12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)

【研究分野】電子・電気材料工学

【研究領域課題番号】15H02238 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光触媒 / 化合物半導体 / 分極制御 / 有機金属気相成長 / 再生可能エネルギー / 半導体 / 結晶成長 / 光電気化学 / 窒化ガリウム / 表面構造 / フェルミエネルギー / GaN / エピタキシャル成長 / 分極

【研究成果の概要】

AlN極薄層を用いた分極制御トンネル接合を用い，n型窒化物エピタキシャル結晶（GaNおよびInGaN）を光吸収層とする光カソード電極の作製と動作実証に成功した．デバイスシミュレーションに設計したAlNトンネル接合を得るため，低温成長やガス切り替えシーケンスの最適化などエピタキシャル成長における新手法を開発した．さらに，PtによりGaN表面修飾により，外部電位を用いない光水分解による水素生成を達成した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)

【研究分野】電子デバイス・機器工学

【研究領域課題番号】13355015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微小共振器 / 量子ドット / 強化ガリウム / 面発光LED / 面発光レーザ / MOCVD / 結晶成長 / デバイスプロセス / 窒化ガリウム / GaN / InGaN / 半導体レーザ / 量子井戸 / 化合物半導体

【研究成果の概要】

電流注入型窒化物半導体青色面発光レーザの実現に向けた基盤技術の確立をはかった。本年度の主な成果は下記の通りである。
1.高反射率n型AlGaN/GaN分布ブラッグ反射鏡(DBR)の作製
GaN層結晶成長時のキャリアガス流量を最適化し、面内均一性の改善に成功した。また、成長温度の誤差変動を1℃単位で補正し、DBRの膜厚揺らぎを抑制した。これらの結果、ノンドープDBR(33周期)上にn型DBR(9周期)を積層したAlGaN/GaN DBRにおいて99%以上の反射率を得ることができた。すでに同等の反射率のDBRを用いた窒化物面発光レーザにおいて室温光励起発振が実現しており、電流注入型青色面発光レーザの実現が大いに期待される。
2.InGaN活性層の発光効率改善
室温フォトルミネッセンス(PL)発光強度の障壁層Siドーピング量依存性を調べて、成長条件の最適化を進めた。Siドーピング量を高めるにつれてPL発光強度が増大し、ノンドープのものより4桁以上高い強度に達した。Siドープによって生じたキャリアがInGaN井戸層内の内部電界の遮蔽をもたらし、電子と正孔の波動関数の重なりが増したものと考えられる。一方、Siドーピング量をある値以上に増やしてもPL発光強度のさらなる増大は観測されなかったが、これは内部電界の遮蔽が飽和に至ったものと考えることで定性的には説明できる。
3.窒化物半導体面発光デバイスプロセスの開発
基板密着性に優れ、逆メサ形状を有する2層レジスト工程を開発した。ベークしたAZ1500上にAZ5206Eを塗布し画像反転プロセスを行うと、レジスト流れも無く、かつ逆メサ形状を有するパターンの形成が可能である。レジストの濡れ性がよくない窒化物半導体上の微細メタルリフトオフプロセスへの応用が可能であり、窒化物面発光レーザの高密度アレイが高い歩留まりで信頼性よく作製できる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】49,660千円 (直接経費: 38,200千円、間接経費: 11,460千円)