| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06414
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
藤岡 洋 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50282570)
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| 研究分担者 |
徳本 有紀 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (20546866)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | 特異構造 / 結晶工学 / 窒化物半導体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、パルス励起堆積法と呼ばれる非平衡性の高い新規結晶成長手法を用いて、0次元から3次元までの任意の形状の特異構造を結晶中に導入する技術を開発することである。従来手法ではシャッターなどの機械的部品を用いて原料供給を制御していたため１原子層程度（１秒相当）の制御しかできなかったが、本計画研究代表者グループにおいて開発されたパルス励起堆積法を用いれば、高い励起（非平衡）状態にある原料の供給を電気的パルスによって1000万分の1原子層（100ナノ秒相当）の精度で制御できる。本研究では、このパルス励起堆積法を用いた非平衡状態の時間ドメイン制御と、自己組織化ボトムアップおよびトップダウンリソグラフィといった技術と組み合わせることで、特異構造形成技術を開発する。
令和１年度は、前年度に引き続き非平衡状態の時間ドメイン制御を活用した不純物ドーピング技術を用いて、特異構造窒化物結晶の素子実装に注力した。時間ドメイン制御を用いて形成した高濃度不純物添加GaN結晶p－n接合（トンネル接合）を利用して、高性能な縦型p型GaNショットキーバリアダイオードを実現した。本構造では、n型GaN基板上に形成したトンネル接合を介して底部から正孔注入を可能とする新規性の高い素子であり、パルス励起堆積法を用いることで初めて実現できた特異構造窒化物結晶素子といえる。さらに作製したp型GaNショットキーバリアダイオードの特性を詳細に解析し、Ni/p型GaNショットキー界面の電流輸送特性を明らかにした。理想係数が1に近い高性能のダイオードが実現することで、信頼性の高いショットキー障壁高さ（2.3 eV）を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度はパルス励起堆積技術の素子応用展開が進み、新規性の高い特異構造窒化物結晶素子の開発に成功した。特異構造窒化物結晶を利用することで、従来に比べて高性能なp型GaNショットキーダイオードを実現し、p型GaNショットキー界面に関する知見を得た。これらの成果は学術的価値も高く、かつ特異構造窒化物結晶の応用展開の進展を示している。よって、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに確立したパルス励起堆積技術を、自己組織化ボトムアップ技術やリソグラフィトップダウン技術と融合し、特異構造窒化物結晶素子応用を加速する。ボトムアップ技術では、非平衡状態の時間ドメイン制御と表面エネルギーやステップ間相互作用エネルギーなど自然の持つ力を利用して、0～3次元の特異構造を導入する。トップダウン技術では、フォトリソグラフィやエッチング等の微細加工技術を駆使して特異構造の位置制御とそれらの機能が発現した素子応用を図る。
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