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2021 Fiscal Year Annual Research Report

AlN/ダイヤモンドpin接合を用いたダイヤモンド電子デバイスの高性能化

Research Project

Project/Area Number 19K04501
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

井村 将隆  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80465971)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords電子デバイス・電子機器 / ダイオード / 電子エミッタ / 窒化アルミニウム / ダイヤモンド / 有機金属化合物化合物気相成長法 / マイクロ波プラズマ気相成長法 / 原子層堆積成長法
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、窒化アルミニウム(AlN)/ダイヤモンドpin構造を用いたダイヤモンド電子デバイスの高性能化及び新機能デバイスの開発を試みている。各材料は、有機金属化合物気相成長(MOVPE)法、原子層体積成長(ALD)法、超高真空スパッタ法、マイクロ波プラズマ気相成長(MPCVD)法を用いて成膜している。n型AlNからダイヤモンド側に高濃度の電子を注入すること、また負性電子親和力を有すダイヤモンド水素終端表面より注入した電子を放出させることを目的としている。
2019年度において申請者は、n型AlNの低抵抗化、良好なヘテロ接合界面の形成、n型AlNと金属の接触抵抗低減化を検討する必要があることを明らかにした。2020年度では、n型AlNの低抵抗化に取り組んだ。MOVPE法(成長温度>1350℃)を用いてAlNを成長させることで、AlN結晶の品質を向上させ、結晶中の残留不純物濃度をSIMSの検出限界値以下に制御した。この条件下でn型導電特性を得るために必要なSiドーパント濃度(流量)をドーピングさせることに成功した。2021年度では、SiドープAlNにTi/Al/Ti/Au電極を形成し、ポストアニール処理の最適化を実施した。ポストアニール処理を750℃以上で実施することで、オーミック特性に近い電流電圧特性が得られることを明らかにした。
また更なる研究展開として、AlxGa1-xNを用いた紫外発光ダイオード(LED)の開発に取り組んだ。MOVPE法とポストアニール処理を用いてサファイア上に高品質AlNを成長させる手法を発見した。また成長温度1350℃の条件にてAlxGa1-xN結晶成長の検討を行い、急峻な界面を有すAlN/AlxGa1-xN多重量子井戸を作製することに成功した。更に同量子井戸から鋭い発光スペクトル(ピーク波長220-250nm)が得られることを見出した。

  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Improvement of structural quality of AlN layers grown on c-plane sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy using post-growth annealing with trimethylgallium2022

    • Author(s)
      Imura Masataka、Inaba Hideki、Mano Takaaki、Ishida Nobuyuki、Uesugi Fumihiko、Kuroda Yoko、Nakayama Yoshiko、Takeguchi Masaki、Koide Yasuo
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 12 Pages: 015203~015203

    • DOI

      10.1063/5.0076706

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thermal mismatch induced stress characterization by dynamic resonance based on diamond MEMS2021

    • Author(s)
      Sun Huanying、Shen Xiulin、Sang Liwen、Imura Masataka、Koide Yasuo、You Jianqiang、Li Tie-Fu、Koizumi Satoshi、Liao Meiyong
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Pages: 045501~045501

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abe7b0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature dependence of Young's modulus of single-crystal diamond determined by dynamic resonance2021

    • Author(s)
      Shen Xiulin、Wu Kongping、Sun Huanying、Sang Liwen、Huang Zhaohui、Imura Masataka、Koide Yasuo、Koizumi Satoshi、Liao Meiyong
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 116 Pages: 108403~108403

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2021.108403

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Integrated TbDyFe Film on a Single‐Crystal Diamond Microelectromechanical Resonator for Magnetic Sensing2021

    • Author(s)
      Shen Xiulin、Sun Huanying、Sang Liwen、Imura Masataka、Koide Yasuo、Koizumi Satoshi、Liao Meiyong
    • Journal Title

      physica status solidi (RRL) Rapid Research Letters

      Volume: 15 Pages: 2100352~2100352

    • DOI

      10.1002/pssr.202100352

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] TMGa添加ポストアニール処理によるc面サファイア基板上AlNの結晶品質改善.2022

    • Author(s)
      井村 将隆, 稲葉 英樹, 間野 高明, 石田 暢之, 上杉 文彦, 黒田 陽子, 中山 佳子, 竹口 雅樹, 小出 康夫.
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Challenge to development of III-nitride Nanolaminates/Diamond Heterojunction devices.2021

    • Author(s)
      小出 康夫, 井村 将隆, 劉 江偉, 廖 梅勇.
    • Organizer
      Virtual Workshop on Materials Science and Advanced Electronics Created by Singularity. 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ⅲ族窒化物ナノラミネート特異構造を用いたダイヤモンド電子デバイスの開発.2021

    • Author(s)
      小出 康夫, 劉 江偉, 井村 将隆, 廖 梅勇.
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Development of Atomic Layer Deposition Technique of AlxGa1-xN for Hydrogen-terminated diamond MIS-FETs.2021

    • Author(s)
      井村 将隆, 小出 康夫.
    • Organizer
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional Raman analysis of single crystal diamond cantilevers.2021

    • Author(s)
      シェン シウリン, 市川 公善, Zhaohui Huang, 小出 康夫, 井村 将隆, 小泉 聡, 廖 梅勇.
    • Organizer
      The 14th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC2020/2021) conference
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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