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2012 Fiscal Year Research-status Report

ワイドギャップ半導体トンネル接合による新規電流注入構造の実現

Research Project

Project/Area Number 23560015
Research InstitutionMeijo University

Principal Investigator

竹内 哲也  名城大学, 理工学部, 准教授 (10583817)

Keywordsトンネル接合 / 窒化物半導体 / メモリー効果
Research Abstract

本年度は全体研究計画(3年)の二年目にあたり、計画通り(2)極薄膜形成技術と(3)新規トンネル接合を進める一方、最終目標である(5)新規素子への応用に向けた埋め込み型トンネル接合も前倒しで進めた。以下、この三点について記載する。
(2)極薄膜形成技術: 薄膜としてGaInNに関して進めた。15nmと厚い膜から3nmと薄くし、かつ高いInNモル分率(0.2)を使用することで、表面状態が良好(表面粗さ0.5nm以下)で、かつ電圧降下の低いトンネル素子(20mA駆動時0.8V)を実現した。この値は世界的に見ても最も低い値のひとつである。さらに、このGaInN薄膜を使用することでMgメモリー効果が大幅に抑えられ、電圧降下を達成した理由のひとつであることも明らかにした。
(3)新規トンネル接合: 昨年に引き続き、順方向の電流電圧特性が検討できる構造を検討した。GaInNを使用することで電圧降下が低減することを見出した。本結果でも、界面準位形成が重要であることを示唆しており、界面準位を意図的に形成する手法としてZnドープを提案、その準備(装置改造)を進めた。
(5)新規素子への応用: 本年度は、三つの新規素子にトンネル接合を適用した。まず、上記順方向が検討できるトンネル接合上にLEDを形成する逆構造を検討した。この構造では、白色LED電球の課題である効率ドループ(高電流注入時の効率低下)を解決できる可能性がある。現段階では、均一に発光する素子を実現した。次に、トンネル接合を用いたマトリックス駆動アレイを作製した。トンネル接合利用によりアレイ作製工程数を半減することができ、高い歩留りで微小LED(10umφ)を高密度(250um角に100個)に配置したアレイを実現した。さらに、新しい電流狭窄構造として、昨年度見出した側面からの新規p型層活性化手法を積極的に利用した電流狭窄構造を特許出願した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

トンネル接合における極薄膜形成技術においてGaInNに絞ったことで、その良好な特性およびその理由の明確化の双方を達成することができ、達成度は100%である。一方、新規トンネル接合は、界面準位に関する検討としては準備のみに終わってしまい、達成度は50%である。前倒しで進めた新規素子への応用では、逆構造素子の実現、アレイ素子への適用、さらには昨年度見出した新規活性化手法に基づいた新規電流狭窄構造の提案と、複数の新規素子において想定以上の成果を生み出すことができた。以上より、当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

計画通り、(3)新規トンネル接合と(5)新規素子への応用に注力し、新規トンネル接合の適用により、これまでに実現していない新規素子の実現を目論む。具体的には、Znドープ界面準位形成による新規トンネル接合を検討し、さらなる低抵抗化を実現する。一方で、トンネル接合による電流狭窄構造を、提案した新規手法と従来の埋め込み手法の双方を行うことで最適な構造を実現し、面発光レーザ構造等へ適用することで電圧降下や電流拡散を検討する。さらにトンネル接合による大規模マイクロLEDアレイの作製や逆構造LEDによる効率ドループの改善などの検討も継続し、様々な観点からトンネル接合の優位性を実証することで、申請当初に期待したワイドギャップ半導体素子における電流注入構造の新機軸として確立させる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

上記推進方策に基づき、結晶成長、素子形成、素子特性評価の各段階において以下の研究費使用を計画している。本年度は、最終年度であることから、最終段階の素子特性評価が研究活動の中心になると計画している。
【結晶成長】サファイア基板×50:20万円、石英部品 30万円
【素子形成】マスク×2: 30万円
【素子特性評価】光学部品:50万円

  • Research Products

    (18 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (14 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] GaInN-based tunnel junctions in n-p-n light emitting diodes2013

    • Author(s)
      M. Kaga, T. Morita, Y. Kuwano, K. Yamashita, K. Yagi, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, and I. Akasaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] AlN mole fraction dependence of polarization induced hole concentrations in GaN/AlGaN heterostructures2013

    • Author(s)
      T. Yasuda, K. Yagi, Tomoyuki Suzuki, T. Nakashima, M. Watanabe, T. Takeuchi, S. Kamiyama, M. Iwaya, and I. Akasaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Bandgap Dependence in Nitride Semiconductor-Based Tunnel Junctions2013

    • Author(s)
      D. Minamikawa, M. Kaga, Y. Kuwano, T. Morita, T. Takeuchi, S. Kamiyama, M. Iwaya, I. Akasaki
    • Organizer
      The 6th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors
    • Place of Presentation
      New Taipei City, Taiwan
    • Year and Date
      20130512-20130515
  • [Presentation] Nitride-based p-side down LEDs on tunnel junction2013

    • Author(s)
      T. Morita, M. Kaga, Y. Kuwano, K. Matsui, M. Watanabe, T. Takeuchi, S. Kamiyama, M. Iwaya, and I. Akasaki
    • Organizer
      Conference on LED and its industrial application '13
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      20130423-20130425
  • [Presentation] GaInNトンネル接合素子の低抵抗化2013

    • Author(s)
      森田隆敏、加賀 充、桑野侑香、松井健城、渡邉雅大、竹内哲也、上山 智、岩谷素顕、赤﨑 勇
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 横方向p型活性化における雰囲気ガス依存性2013

    • Author(s)
      桑野侑香、加賀充、森田隆敏、山下浩司、南川大智、竹内哲也、岩谷素顕、上山智、赤﨑勇
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] LED構造上GaNトンネル接合の低抵抗化2013

    • Author(s)
      南川大智、加賀充、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤﨑勇
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 非対称AlN/GaN多層膜反射鏡の設計と作製2013

    • Author(s)
      萩原康大、矢木康太、安田俊輝、竹田健一郎、岩谷素顕、竹内哲也、上山智、赤﨑勇
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] Lateral hydrogen diffusion at p-GaN layers in nitride-based LEDs with tunnel junctions2012

    • Author(s)
      Y. Kuwano, M. Kaga, T. Morita, T. Takeuchi, M. Iwaya, S. Kamiyama, and I. Akasaki
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2012
    • Place of Presentation
      Sapporo, Japan
    • Year and Date
      20121014-20121019
  • [Presentation] AlN mole fraction dependence of polarization induced hole concentrations in GaN/AlGaN heterostructures2012

    • Author(s)
      T. Yasuda, K. Yagi, Tomoyuki Suzuki, T. Nakashima, M. Watanabe, T. Takeuchi, S. Kamiyama, M. Iwaya, and I. Akasaki
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2012
    • Place of Presentation
      Sapporo, Japan
    • Year and Date
      20121014-20121019
  • [Presentation]2012

    • Author(s)
      M. Kaga, T. Morita, Y. Kuwano, K. Yamashita, K. Yagi, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, and I. Akasaki
    • Organizer
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2012
    • Place of Presentation
      Sapporo, Japan
    • Year and Date
      20121000
  • [Presentation] III族窒化物半導体トンネル接合を用いたn-p接合LED2012

    • Author(s)
      森田隆敏,加賀 充,桑野侑香,松井健城,竹内哲也,上山 智,岩谷素顕,赤崎 勇
    • Organizer
      第73回応用物理学会講演会
    • Place of Presentation
      愛媛
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] Optimizations of Nitride Semiconductor-Based Tunnel Junctions2012

    • Author(s)
      M. Kaga, K. Yamashita, T. Morita, Y. Kuwano, K. Yagi, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, and I. Akasaki
    • Organizer
      16th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    • Place of Presentation
      Pusan, Korea
    • Year and Date
      20120520-20120525
  • [Presentation] Investigation of AlN/GaN Multilayer Stacks for DBR Applications2012

    • Author(s)
      K. Yagi, M. Kaga, K. Yamashita, K. Takeda, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, H. Amano, and I. Akasaki
    • Organizer
      16th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
    • Place of Presentation
      Pusan, Korea
    • Year and Date
      20120520-20120525
  • [Presentation] n型GaN直下におけるトンネル接合およびp型GaN活性化の検討2012

    • Author(s)
      桑野侑香、山下浩司、加賀充、森田隆敏、竹内哲也、岩谷素顕、上山智、赤﨑勇
    • Organizer
      第4回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20120427-20120428
  • [Presentation] III族窒化物半導体を用いた低抵抗トンネル接合2012

    • Author(s)
      森田隆敏、加賀充、桑野侑香、山下浩司、松井健城、竹内哲也、上山智、岩谷素顕、赤﨑勇
    • Organizer
      第4回窒化物半導体結晶成長講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20120427-20120428
  • [Book] 次世代半導体におけるナノ成膜ダイナミックスと界面量子効果2013

    • Author(s)
      竹内哲也
    • Total Pages
      11
    • Publisher
      株式会社エヌ・ティー・エス
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電流狭窄を有する窒化物半導体発光素子とその製造方法2013

    • Inventor(s)
      竹内哲也、桑野侑香、岩谷素顕、上山智、赤﨑勇
    • Industrial Property Rights Holder
      竹内哲也、桑野侑香、岩谷素顕、上山智、赤﨑勇
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2013-025361
    • Filing Date
      2013-02-13

URL: 

Published: 2014-07-24  

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