2018 Fiscal Year Annual Research Report
Control of Polarization-Induced Electric Field in Nitride-Semiconductor-Based Devices
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16K18074
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
谷川 智之 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (90633537)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 極性・分極 / InGaN / 分極電界 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
巨大な分極を有する半導体デバイスの性能向上に向けて、デバイス動作時に極めて近い状態で分極電界を定量評価し、バンドプロファイルを制御する技術を確立することを目的とする。これまでの研究では、従来の窒化物半導体デバイスに対して分極電界の向きが逆方向に加わるN極性発光ダイオードおよび高電子移動度トランジスタを作製し、電界の方向と強度を定量評価する技術の確立を試みてきた。デバイスに交流電圧を変調信号として印加し、電界変調反射スペクトルを測定した。その結果、内部電界の向きと強度に応じて反射信号の形状が変化し、電界の向きや強度を定量評価できることが分かった。N極性GaN/AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタでは、分極不連続に起因して上層側のGaN/AlGaNヘテロ界面近傍に二次電子ガスが蓄積することが分かった。さらに、GaNにInを添加したInGaN混晶を作製することにより分極不連続量が増加し、InNモル分率が0.11のときに二次元電子ガス濃度が2倍程度となることが分かった。
平成30年度は、さらに分極効果を増強させるために高InNモル分率InGaN成長技術について研究を行った。InGaNは混晶組成に伴い格子定数が大きく変化する。そのため、高InNモル分率InGaNはAlGaNやGaNとの格子不整合率が極めて大きく、歪成長させることが難しい。InNモル分率InGaNの格子緩和過程を詳細に調べるために、分子線エピタキシー法でGa極性GaNおよびN極性GaN上にInNモル分率0.30程度のInGaNを80 nm程度結晶成長させ、格子緩和過程を逆格子マッピング測定により観察した。その結果、InGaNは10 nm以下の薄膜で速やかに格子緩和することが分かった。このような格子不整合の大きな系では、歪による圧電分極効果は期待できず、自発分極の不連続に起因した分極効果のみ発現すると考えられる。
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