超高感度紫外線検出器の試作研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450133
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 赤崎 勇 名城大学, 理工学部, 教授 (20144115)
• 研究分担者: 天野 浩 名城大学, 理工学部, 助教授 (60202694)
• キーワード: III族窒化物半導体 / ワイドギャップ半導体 / 紫外線 / 光検出器 / pnダイオード / 光導電セル

研究概要

サファイア上のIII族窒化物半導体結晶成長において、低温堆積中間層の挿入という新しい結晶成長法を開発した。この新しい結晶成長法により、紫外線検出に最も悪影響を及ぼすと云われているGaN中の貫通転位を、従来に比べて2桁以上低減することに成功した。また、同法をAlGaNに適用し、全組成域に亙りGaNと同程度の高い結晶品質を持ち、しかもクラックの無いAlGaNの作製に世界で始めて成功した。
新しい結晶成長法により作製した低転位GaN結晶を用いて、くし形電極による光伝導セルを試作した。アンドープGaNを用いて100pW/cm^2以下の照射強度で応答する受光面を実現した。実用レベルは1,000pW/cm^2なので、少なくとも10倍以上の高感度であった。またアンドーブAl_<0.2>Ga_<0.8>Nにおいて、紫外光応答を確認した。吸収端は335nmであった。感度は5A/Wであり、世界最高水準であった。
更に同結晶成長法によりp-n接合型GaNフォトダイオードを試作した。実用上問題となる暗電流の起源について検討し、低逆バイアス時においては反応性イオンエッチングにより作製したメサ部での表面電流が、数ボルト以上の高逆バイアス時には、pn接合でのトンネル電流が支配的であることを明かにした。実際の使用バイアス条件において0.8pAの超低暗電流を実現した。従来は、10、000pA以上であった。
今後更に高AlNモル分率AlGaNのpn接合の実現、波長選択型検出器の実現、電流駆動力の大きいフォトトランジスタタイプの光検出器の実現等の課題に取り組む予定である。

研究成果

• [文献書誌] C.Pemot, A.Hirano, H.Amano and L.Akasaki: "Investigation of the Leakage Current in Ga'N P-N Junctions" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37. L1201-L1204 (1998)
• [文献書誌] S.Yamaguchi, M.Kariya, S.Nitta, T.Takeuchi, C.Wetzel, H.Amano and L.Akasaki: "Observation of photoluminescence from Al_<1-x>In_xN heteroepitaxial films grown by metalorganic vapor phase epitaxy" Appl.Phys.Lett,. Vol.73, No.6,. 830-831 (1998)
• [文献書誌] M.Iwaya, T.Takeuchi, S.Yamaguchi, C.Watzel, H.Amano and L.Akasaki: "Reduction of Etch Pit Density in Organometallic Vapor Phase Epitaxy-Grown GaN on Sapphire by Insertion of a Low-Temperature-Deposited Buffer Layer between High-Temperatures-Grown GaN"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37, Part 2, No.2B. L316-L318 (1998)
• [文献書誌] H.Amano, M.Iwaya, T.Kashima, M.Katsuragawa, I.Akasaki, J.Han, S.Hearne, J.A.Floro, E.Chason and J.Figiel: "Stress and Defect Control in GaN Using Low Temperature Interlayers" Jpn.J.Appl.Phys.37. L1540-L1542 (1998)
• [文献書誌] C.Wetzel, T.Takeuchi, H.Amano and I.Akasaki: "Valenceband splitting and luminescence Stokes shift in GaInN/GaN thin films and multiple quantum well structures" J.Crystal Growth. 189/190. 621-624 (1998)
• [文献書誌] T.Takeuchi, S., Sota, H.Sakai, H.Amano, I.Akasaki, Y.Kaneko, S.Nakagawa, Y.Yamaoka, N.Yamada: "Quantum-confined Stark effect in strained GaInN quantum wells on sapphire (0001)" J.Crystal.Growth. 189/190. 616-620 (1998)
• [文献書誌] H.Amano and I.Akasaki: "X-ray deffaction characterization of GaN based material" (in print)" Properties, Synthesis, Characterization, and Applications of Gallium Nitride and related Compounds ed.by J.Edgar, T.S.Strite, I.Akasaki, and H.Amano. (1998)
• [文献書誌] C.Wetzel and I.Akasaki: "Raman and IR reflectance studies of AlGaN (in print)" Properties, Synthesis, Characterization, and Applications of Gallium Nitride and related Compounds ed.by J.Edgar, T.S.Strite, I.Akasaki, and H.Amano (INSPEC, IEE, London, UK.(1998)