2013 Fiscal Year Research-status Report
窒化物半導体フォトダイオードによる真空紫外光検出法の開発
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25400290
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
成田 晋也 岩手大学, 工学部, 准教授 (80322965)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 真空紫外光 / 窒化物半導体 / フォトダイオード / シンチレーション光 / 液体アルゴン測定器 |
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| Research Abstract |
本研究では、窒化物半導体のうち、近年様々な電子デバイス材料として実用が進んでいるAlGaN半導体を用いて、素粒子物理学実験分野、特に、液体アルゴン三次元飛跡測定器で重要な役割を担う高感度・高速応答の真空紫外光検出器の開発を目指している。
今年度は、まず、AlGaNエピタキシャル基板による市販および試作ショットキー型フォトダイオードに対して各種特性評価を行った。電流－電圧特性から求められた暗電流値は数100nA/cm(2)であり、耐圧が数V程度であった。また、容量－電圧特性から求められた基板の不純物密度は～10(18)/cm(2)であった。これらの結果より、今後の素子性能の改善に向けて、基板の高抵抗化やプロセス条件の最適化などにより、雑音の低減や耐圧性能の改善を図る必要がある。
一方で、このAlGaNダイオード素子の紫外領域における分光感度・光応答性を調べたところ、波長280-300nmをピーク(～100mA/W)に、波長200nm以下の真空紫外領域にも感度を有することが確認された。そのうち、「液体アルゴン測定器」への実用で重要となるアルゴンシンチレーション光の波長128nm近辺の出力は20mA/W程度であった。この結果は、AlGaNフォトダイオードが真空紫外光検出素子として実用可能性があることを示すものである。これらダイオード素子の特性評価と並行して、実際のアルゴンシンチレーション光計測システムの構築を進めた。構築したシステムを用いて、波長変換剤と光電子増倍管との組み合わせにより、宇宙線に対するアルゴンシンチレーション光を計測した。その結果と上記で求めたAlGaNフォトダイオードの感度(～20mA/W@128nm)との比較から、今後、ダイオード素子の大口径化等を図ることで実用性が高まることを示した。
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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
AlGaN素子に対する各種特性評価から現状の性能を明らかにし、また、性能向上の方策を示すことができた。また、真空紫外光に対する波長感度を定量的に示すとともに、同波長領域で従来使われている光検出法（波長変換剤と光電子増倍管の組み合わせ）との比較から、開発目標を明確にし、今後の具体的な開発のための指針を得ることができた。これらの成果は、当初の研究計画に対して、予定通りのものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度からの性能評価試験を継続して進めながら、真空紫外光検出器としてのAlGaNフォトダイオード素子の性能向上を図るため、液体アルゴンTPC等の汎用測定器への実装を念頭に、“設計の最適化（改良）”→“作製”→“評価”を重ね、基板材料の高品質化にも随時対応しながら素子性能向上を図る。この過程で問題点が見つかった場合や、特性評価結果において、計算予測と実測値に差異が観られるような場合には、原因を特定した上で、基板仕様や設計の改良を行い、問題点を解決する。（例：Al,Gaの含有比率の調整、基板膜厚の調整等）
また、素子単独での性能向上だけでなく、出力信号の増大を目指した方策について検討する。素粒子実験等での大型測定器への実装には広範囲にわたる受光感度が必要となるため、大面積フォトダイオードやアレイ型の高感度検出器を試作し、特性評価を行う。さらには、素子自体に増倍機構を持たせたアバランシェ型ダイオードの可能性についても検討する。
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