紫外線光波帯・ワイドギャップ半導体APD素子の開発

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20560009
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 安東 孝止 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60263480)
• 研究分担者: 阿部 友紀 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (20294340)
• キーワード: 紫外APD / (ZnSSe-APD / ZnSSe-PIN型APD / 低動作電圧APDワイドギャップ半導体APD

研究概要

H21年度は紫外光波帯用光検出素子を以下の2つの構造で作製し、現在のSi紫外フォトダイオード(浜松フォトニクス)の感度を凌駕する特性を検証した。
(1) 有機(PEDOT-PSS)窓層-無機(ZnSSe)-ハイブリッド型PIN素子/p-GaAs外部量子効率:62%～82%(波長250nm-350nm)を実証した。素子動作条件(10V)での逆方向暗電流(Id)は300pA/(10V)以下まで低減可能となった。
(2) 有機-無機ハイブリッド構造の紫外APD試作:
有機半導体PEDOT-PSS薄膜を使用し、30-35Vで初めての雪崩増倍効果(APD)動作を検証した。信号利得Gほ50-120(紫外波長:350nm)。試作した紫外APD素子は、有機薄膜-無機半導体(ZnSSe)界面において高密度の界面欠陥が形成され、APD動作条件(30V-35V)では雪崩増倍による暗電流が増大する問題が発生した。この暗電流の制御が本APD素子の実用化において課題となる。
(3) 有機-無機ハイブリッド型光検出素子の寿命・安定性の評価:
全無機半導体による素子の安定性に比較して、有機-無機ハイブリッド素子は、素子の動作劣化(数カ月単位)と強い紫外光照射による光劣化が生じる。この劣化は素子の完全なパッシベーション技術(アルゴンガスによる封じ込め)で制御できることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural Insatability of N-acceptors in Homo- and Heteroepitaxially Grwon ZnO by MBE. (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ando, T.Abe, T.Taya, Y.Ishihara, K.Enomoto, Y.Yamazaki, J.Yoshikawa, J.Fujino, H.Nakamura, T.Ohno, H.Kasada
  • 雑誌名: Phys. Status. Solidi BI-4(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] High sensitive ultraviolet organic-inorganic hybrid photodetectors on ZnSSe grown on p-GaAs with transparent conduction plymer window-Layer. (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Abe, D.Katada, K.Miki, K.Tanaka, M.Nomura, Y.Inagaki, T.Tani, M.Ohtsuki, H.Kasada, K.Ando
  • 雑誌名: Phys.Status.Solidi C1-3(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Senisitve Ultraviolet Schottoky Photodetectors of ZnSSe Organic-Inorganic Hybrid Structure on p^+-GaAs Substrate. (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Tanaka, D.Katada, K.Miki, M.Nomura, Y, Inagaki, T.Tani, T, abe, H.Kasada, K.Ando
  • 雑誌名: 28^<th> Electronic Material Symposium (EMS-28) Extended Abstaract. EMS-28 ページ: 241-244
  • 査読あり
• [学会発表] ZnSSe系II-VI族ワイドギャップ半導体を用いた紫外高感度光検出素子の開発、他 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中健、堅田大輔、阿部友紀、安東孝止, 他
  • 学会等名: 2009応用物理学・中四国支部学術講演会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20090801-20090802
• [図書] 高効率太陽電池の開発と応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山口真史、安東孝止, 他
  • 総ページ数: 159-178
  • 出版者: シーエムシー出版