| 研究実績の概要 |
窒化物半導体に対し電気化学的手法を用いて多孔質構造を形成し、その孔壁を検出部に用いた光化学センサの試作を行った。横型トランジスタ応用に向けて、絶縁サファイア基板上に結晶成長したn型窒化ガリウム（n-GaN）層とAlGaN/GaNへテロ構造層を用い、光化学センサの高感度化に繋がる基礎技術を確立した。
1. n-GaNのキャリア密度を変えて多孔質構造を形成し、その形状を明らかにした。高キャリア密度の基板に対しては、孔径が数10nm程度と小さく、孔壁の厚さが10nm以下で配列する高密度構造が確認された。低キャリア密度の基板に対しては、孔径が100nm程度で孔壁は数10nmとなり、キャリア密度に対して形状が大きく変わることを示した。
2. 上記1.で作製した多孔質構造を電解液に浸し、表面電位を変えながらインピーダンス測定を行い、電解液中イオンと孔壁界面の高周波応答特性を明らかにした。低キャリア密度で比較的孔径の大きな多孔質構造において、表面電位変化を高速に検知可能であることが分かった。電解液中の検出対象イオン濃度の変化と、孔内部でのイオン拡散速度に大きな相関性があることを実験的に示した。
3. n-GaNおよびAlGaN/GaN構造において、横型デバイス表面の電気化学酸化／エッチングプロセスを開発した。酸化膜の形成速度は数nm/minのオーダーで精密に制御可能であり、エッチング後の表面モホロジーおよび電子状態は、従来のドライエッチングによる加工表面と比較して極めて良好であることを明らかにした。
4. 多孔質構造を有する窒化物半導体化学センサを試作し、酸・アルカリ溶液中（NaOH, NaCl, HCl, リン酸緩衝液）で、pH応答特性および光化学反応応答特性を明らかにした。従来のプレーナ型センサと比較して、多孔質型センサの応答電流は２～３倍に増大した。多孔質構造表面の安定化（上記3.で開発した酸化膜技術の適用など）が更なる高感度化に向けて重要になると考えられる。
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