2022 Fiscal Year Research-status Report
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22K04202
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内田 史朗 千葉工業大学, 工学部, 教授 (50761095)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮島 晋介 東京工業大学, 工学院, 准教授 (90422526)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 常温接合 / 表面活性化 / 化合物半導体 / 異種材料間接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異種基板接合は各基板の保有する固有の機能を統合することができ、新しい機能デバイスの可能性の拡大が期待される。中でも、格子定数の異なる材料を常温で接合する常温接合法が注目されており、太陽電池の多接合化などに応用され既に４０％を超える高い光電変換効率が実現されている。本研究ではさらなる接合の応用の可能性を拡げるために様々な半導体基板の接合について、高速電子ビーム (FAB: Fast Atom Beam) 照射時の条件を系統的に検討し、接合サンプルの電気特性を評価した。接合界面の低抵抗化への物理的要因を明らかにし、様々な材料での接合条件を模索し、異種材料の低抵抗化接合の実現を目的としている。
２０２３年度は、接合装置チャンバーの到達真空度を7.5×10-6 Pa、FABの照射角度を45°で固定し、FAB照射の条件の印加電圧、印加電流、照射時間などをパラメータとして接合実験を行った。接合には基板としてp-GaAs ( 1×10E19 cm-3 ), p-InP ( 1-4×10E18 cm-3 ), n-InP ( 2-4×10E18 cm-3 )を準備し、接合の組合せは、p-GaAs//p-GaAs, p-GaAs//p-InP, p-GaAs//n-InPで行った。
その結果、p-GaAs//p-GaAs, p-GaAs//p-InP, p-GaAs//n-InPの実験を行い、p-GaAs//n-InPの接合サンプルにおいて接合抵抗値 3.8×10E-1Ωcm2を得る事が出来、電気的にオーミックな接合を達成することができた。
今後、条件の最適化を進めることで更なる低抵抗化が期待される。
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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
様々な組み合わせにより半導体の接合抵抗が低減できる要因を模索したところ半導体の極性の組み合わせでは同極性（ｐ－ｐやｎ―ｎ）よりも異極性（ｐ―ｎ）の方が低抵抗化できることが明らかになった。また、原子ビームの照射強度（装置上では印加電圧）が強い程、接合界面に形成されるポテンシャル障壁が低減できる事も明らかとなった。
これらから接合抵抗としてはショット―キー障壁ではなく、オーミックな（Ｉ－Ｖ特性において直線が得られる）電気特性を得る事が出来た為。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は方針として次の二つの方向性を進める予定である。
１）さらなる接合抵抗の低抵抗化：デバイス応用を念頭に更に１０－２E１０－３E Ωｃｍ２へと接合条件を接合界面の材料や不純物濃度など別の観点（パラメータ）を導入して、低抵抗化の物理と実際の低抵抗接合を推進する。
２）ＧａＡｓやIｎＰ以外の材料、例えば、パワーデバイスに最近応用されつつあるＧａＮ、ＳｉＣ，Ｇａ２Ｏ３、Ｓｉなどの新しい半導体材料での組み合わせの検討を推進する。
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| Causes of Carryover |
当初、２０２２年度に窒化ガリウム基板やＳｉＣ基板を用いた接合実験を計画していたが、コロナ禍の為に実験工数の確保が難しく、新しい基板の接合よりも接合の低抵抗化の物理を探求する研究に重点をおいた為。２０２３年度は工数の確保も可能だと考えられ新しい材料基板を購入し接合実験を進める予定である。
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