2016 Fiscal Year Annual Research Report
熱電変換素子応用のための窒化インジウム系半導体の潜在能力開拓
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16H03860
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
名西 やす之 立命館大学, 理工学部, 授業担当講師 (40268157)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 窒化インジウム / 窒素プラズマ / 分子線エピタキシー / 転位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、InNが示す高いゼーベック係数に着目し、これを熱電変換素子として応用できるかどうかの可能性を追求する。現状得られているp型InNでは、熱電変換素子に必要とされる高い電気伝導率が得られていない。このため、InN結晶成長において未だ解決されていない貫通転位密度低減に対し、In-situ Surface Reformation by Radical-beam Irradiation (ISRRI)を利用した独創的アプローチにより取り組む。これによって、貫通転位密度を劇的に低減し、残留キャリア濃度が減少したInNに対して、DERI法を活用したMg取込制御ドーピングなどを実施して、高ホール濃度p型InN実現を目指す。
本年度は、InN表面にRF-MBE成長装置内で成長中にプラズマ照射を施し、その転位低減効果について検討を行った。まずInNにNラジカルビーム照射を行い、前後での表面形状の違いについて調べた。その結果、基板温度、照射時間ともに大きくなるにつれ、表面形状がラフになることがわかった。
次にＮラジカルビーム照射時間を変化させて、InN再成長を行った。GaNテンプレート上にInNを１時間成長後、Ｎラジカルビーム照射を基板温度435 ℃で0～180分行い、その後InNを１時間再成長した。ホール効果測定の結果より、移動度が若干の低下傾向が見られており、Ｎラジカルビーム照射による電気的特性の改善効果は無いと考えられる。またXRCの結果より、大きな変化が無いことから貫通転位密度についても改善していないことがわかった。一方、PLの結果ではNプラズマ照射時間が長くなるにつれ、ピーク位置が低エネルギー側にシフトしている傾向が見られる。つまり、InN再成長層は結晶品質が上がっていることが示唆された。TEM観察においては、再成長界面での転位の曲がり、集束が確認される領域もあった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度、Nプラズマ照射によるInN転位低減の効果を狙って検討を行った。しかしながら、転位低減に対する劇的な効果はまだ得られていない。これは、Nプラズマ照射によるInN表面への凹凸構造作製のための条件がまだ確立されていないためである。これまで、Nプラズマ照射時の基板温度、時間、プラズマパワーをパラメーターとして実験を行ってきているが、その中から最適な条件は見つけられていない。Nプラズマ照射とKOHを用いた科学的エッチングにより形成されるInN表面構造は異なっており、これを以下に転位低減に有効な構造に近づけるかが課題となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
「現在までの進捗状況」に示したように、Nプラズマ照射の条件探索だけではInN中の転位低減に対して、大きな効果は見いだせなかった。まずはこの転位低減を実現することが、本研究課題の最終目標実現に不可欠であるため、転位低減のための検討をさらに継続する。方針としては、Nプラズマ照射におけるイオンの効果を導入し、表面形状へのファセット構造の形成を促進させることをまず進める。またこれらの転位低減への効果をTEMを用いてより詳細に観察し、表面構造改質条件にフィードバックを行う。
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