| Project/Area Number |
22KJ1582
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| Project/Area Number (Other) |
22J15656 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川崎 晟也 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | IMPATTダイオード / 窒化ガリウム / アバランシェ降伏 / 高周波発振素子 / GaN / マイクロ波発振 |
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| Outline of Research at the Start |
テラヘルツ帯で動作可能な新規高周波・高出力発振器として、GaN IMPATTダイオードに着目し、500 GHz以上でワットクラスの出力を有する固体発振器の実現を目的とする。具体的には、(1).nmオーダーの薄膜で不純物濃度を精密に制御したGaNIMPATTダイオード構造をMOVPE法により作製する、(2).ダイオード作製プロセスの検討をおこない、直列抵抗を低減する、(3).発振特性の評価を行い、素子の熱特性と高周波特性の相関を評価する。これらを一貫して行い、テラヘルツ帯で動作するGaN IMPATTダイオードの実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はマイクロ波帯及びミリ波帯で動作するGaN IMPATTダイオードの高出力化・高周波化に向けてデバイス構造の改善に取り組んだ。
マイクロ波帯での高出力化に向けて、昨年度検討したp+-n接合界面に高濃度n型層を挟んだp+-n+-n-n+構造を引き続き検討した。電界分布が出力特性に与える影響について、n層の不純物濃度を変化させることで調べた。その結果、動作周波数（15 GHz）に対して最適な出力が得られる不純物濃度があることがわかり、動作周波数15 GHzでパルス出力25 Wの特性が得られた。これは、GaN IMPATT ダイオードにおいては突出したものであり、これまでに報告されているSi、 GaAsで作製されたIMPATTダイオードでのトップデータに並ぶ出力であった。また、電力密度に換算するとSi、 GaAsを上回る結果であり、GaN IMPATTダイオードの高出力発振素子としての優位性の一端を示すことができた。
加えて、高周波化という観点では、ミリ波帯でのGaN IMPATT ダイオードの動作実証を目的に、昨年度作製したWR-34空洞共振器を用いて、30 GHz超のミリ波帯で動作するGaN IMPATTダイオードの作製を行った。引き続き、p+-n+-n-n+構造を採用し、n層幅をより狭くしたダイオードを作製した。発振特性を評価したところ、18-38 GHzにわたる多周波数動作での発振が確認でき、ミリ波帯での発振が実現できた。
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