2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of BGaN semiconductor devices for neutron semiconductor detector
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16H03899
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
中野 貴之 静岡大学, 工学部, 准教授 (00435827)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 徹 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (10283350)
本田 善央 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60362274)
井上 翼 静岡大学, 工学部, 教授 (90324334)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 中性子検出半導体 / BGaN / 結晶成長 / MOVPE / III族窒化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
B原子を含むIII族窒化物半導体を用いたBGaN中性子半導体検出器の開発を実施した。
主にBGaN結晶成長技術の開発とデバイス作製を試みた。結晶成長技術においては、BGaN結晶成長中に立方晶が混入しやすいことが明らかとなっており、成長条件による立方晶相混入の変化を評価することで、成長メカニズムの解明を実施した。成長温度の高温化により立方晶相が混入しやすくなっており、他のIII族窒化物材料とは異なる傾向であることが示唆された。この検討から得られた知見をもとに厚膜成長を実施し、約５μmの厚膜成長の実現に至った。
さらに本結晶を用いてデバイス作製を行い、縦型BGaNダイオードの作製を行った。作製したpinダイオードを用いて放射線検出特性を評価し、α線検出実験により約2.4MeVのエネルギーを持つα線の全エネルギーを検出できていることを明らかにした。放射線シミュレーターPHITSを用いたブラッグカーブのシミュレーションから2.4MeVのα線の飛程が約5μmであるという結果を得た。これらの結果より作製したBGaNダイオードの5μmのBGaN層が有感層として機能していることを明らかとした。また,中性子照射を行い検出特性の評価を実施した。中性子由来のパルス検出信号を確認し、2次元マップ測定により中性子検出由来の1.4～2.3MeV近傍のエネルギー信号を得るに至っている。これらの結果より、検出感度の評価などを実施できる素子の作製を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
BGaN結晶成長技術において新規有機金属原料であるトリメチルボロンを導入したことで、気相反応の抑制を達成しており、本技術により、厚膜BGaN成長の実現に至っている。更に、有感層膜厚が5μmのBGaN結晶の作製を実現しており、当初の予定通りの結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
十分な中性子捕獲率を得るために、更なる厚膜成長の検討を実施する。厚膜成長時において、長時間成長による表面状態の変化を詳細に検討することで、高品質な結晶成長を実現し、10μm以上のBGaNを作成することで、中性子捕獲率を向上し中性子検出効率の向上を目指す。作製したBGaN厚膜結晶を用いて中性子検出デバイスを作製し、検出特性評価を行うことで、提案内容を実験的に検証し、理論との整合性を評価する。
また、α線検出感度・B組成・膜厚から算出される中性子検出感度と実際の検出感度を比べることで、BGaN薄膜中における中性子捕獲反応についても検証を行い、デバイスの実用化にむけた設計指針を得る。
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] Fabrication and evaluation of vertical type BGaN neutron detection diodes2017
Author(s)
T. Nakano, K. Mochizuki, T. Arikawa, H. Nakagawa, S. Usami, Y. Honda, H. Amano, K. Kojima, S. F. Chichibu, H. Mimura, Y. Inoue, T. Aoki
Organizer
2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, and Workshop on Room-Temperature Semiconductor X-Ray and Gamma-Ray Detectors (NSS/MIC/RTSD)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fabrication and evaluation of vertical type BGaN diodes by MOVPE using trimethylboron2017
Author(s)
K. Mochizuki, T. Nakamura, T. Arikawa, Y. Inoue, S. Usami, M. Kushimoto, Y. Honda, H. Amano, K. Kojima, S. F. Chichibu, H. Mimura, T. Aoki, and T. Nakano
Organizer
The 12th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-12)
Int'l Joint Research
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