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2014 年度 実施状況報告書

窒化物半導体表面・界面における再結合過程の解明と素子性能向上に向けた基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 25390071
研究機関東京工業高等専門学校

研究代表者

尾沼 猛儀  東京工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (10375420)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード窒化物半導体 / 窒化ガリウムインジウム / 酸化ガリウム / ヘテロ構造 / 界面 / 時間分解フォトルミネセンス / 半導体光物性 / 偏光依存性
研究実績の概要

本研究では、窒化物半導体光・電子素子の特性を議論する上で、欠かすことのできない表面・界面における再結合過程に注目している。光学的特性評価法を主な調査手段として用い、発光効率向上に向けた設計指針を提案することを目指す。以下の4点を主な成果として挙げる。
①高InNモル分率のGaInNは、赤色~赤外線領域の発光・光電素子への応用が期待される。しかし、その結晶成長は困難であり、実現には数多くの課題が残る。RF-MBE法により、p層、n層ともにGa0.82In0.18Nで成長されたLEDを試作し、その特性を評価した。PLとEL特性の違いから、高InNモル分率のGaInN実現に向けた課題を指摘した。
②AlGaN/GaN系電子素子において、AlGaNの表面状態の制御は重要な課題である。そこで、AlOx薄膜の有無、成長条件の違いが、AlN/GaN ヘテロ構造の発光特性に与える影響を、PLと時間分解PL測定により調査した。その結果、2DEG関連の発光エネルギー、発光寿命の変化から、AlOx構造により表面状態のコントロールが可能であることが示唆された。
③前年度に引き続き、酸化ガリウムの特性を調査した。同材料は新しいパワートランジスター用の材料として注目を集める。光学スペクトルの偏光依存性を調査し、価電子帯のバンドオーダリングやバンドギャップエネルギーを決定した。これらの結果は、単斜晶結晶を半導体として利用するための固体物理学の礎となるとともに、パワートランジスター材料としての酸化ガリウムの高いポテンシャルを示唆した。
④分子プリカーサー法により製膜したGa-In-O薄膜を電極としたGaN MOS LEDを試作した。金を電極としたLEDも試作し特性を比較した。その結果、Ga-In-O薄膜は遠紫外線領域での透明導電膜用の材料として有用であることが示唆された。

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

GaInN p-n接合LEDやAlOx/AlN/GaNなど、RF-MBEによる結晶成長が行われ、それらの試料の評価を遂行することができた。また、クライオスタット一式を導入し、H25年度に導入した極低温冷凍機システムと組み合わせることで、液体ヘリウム温度から室温まで温度変化させた光学評価が可能となった。

今後の研究の推進方策

H26年度に引き続き、酸化物/窒化物半導体界面が再結合過程に与える影響を調査する。試料はRF-MBE法により製作する。また酸化ガリウム系材料の製作および評価も進める。陽電子消滅測定を合わせ、点欠陥のレベルまで掘り下げた議論を行い、窒化物半導体発光素子のポテンシャルを最大限に引き出すための知見を得る。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Impacts of AlOx formation on emission properties of AlN/GaN heterostructures2015

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、本田徹、東脇正高他2名
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 8 ページ: 052401 1-3

    • DOI

      10.7567/APEX.8.052401

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Optical properties of Ga0.82In0.18N p-n homojunction blue-green light-emitting-diode grown by radio-frequency plasma-assisted molecular beam epitaxy2015

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、山口智広、本田徹他7名
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] beta-Ga2O3結晶の透過と反射スペクトルの偏光依存性2015

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、本田徹、東脇正高他2名
    • 学会等名
      2015年春季応用物理学会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市)
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-12
  • [学会発表] Properties of near-UV transparent Ga-In-O electrode in GaN-based MOS-LED2014

    • 著者名/発表者名
      藤岡秀平、尾沼猛儀、本田徹他4名
    • 学会等名
      ISSLED2014
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-15
  • [学会発表] Optical characterization of gallium-indium-oxide wide bandgap semiconductors for future device applications2014

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、佐藤光史、本田徹他3名
    • 学会等名
      The Joint symposia of the 1st IFAEE and the 21st International SPACC Symposium
    • 発表場所
      工学院大学(東京都・新宿区)
    • 年月日
      2014-11-01 – 2014-11-01
    • 招待講演
  • [学会発表] Ga2O3基板の光学的特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、本田徹、東脇正高他4名
    • 学会等名
      ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会
    • 発表場所
      京都大学東京オフィス(東京都・港区)
    • 年月日
      2014-09-26 – 2014-09-26
    • 招待講演
  • [学会発表] AlOx/AlN/GaNヘテロ構造の発光特性2014

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、本田徹、東脇正高他2名
    • 学会等名
      2014年秋季応用物理学会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-20 – 2014-09-20
  • [学会発表] Optical properties of GaInN p-n homojunction blue-green light-emitting-diodes2014

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、山口智広、本田徹他7名
    • 学会等名
      IUMRS-ICA 2014
    • 発表場所
      福岡大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2014-08-25 – 2014-08-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Impact of UV transparent Ga-In-O electrode in vertical-type GaN-based metal oxide semiconductor light-emitting diodes2014

    • 著者名/発表者名
      藤岡秀平、尾沼猛儀、本田徹他5名
    • 学会等名
      33th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ修善寺(静岡県・伊豆市)
    • 年月日
      2014-07-11 – 2014-07-11
  • [学会発表] RF-MBE Growth of pn-GaInN Structure and Fabrication of Blue-Green Homojunction-Type Light Emitting Diode2014

    • 著者名/発表者名
      鳴谷健人、尾沼猛儀、山口智広他7名
    • 学会等名
      Conference on LED and Its Industrial Application ’14
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2014-04-24 – 2014-04-24
  • [学会発表] Fabrication of Vertical-Type GaN-Based Metal Oxide Semiconductor Light-Emitting Diodes2014

    • 著者名/発表者名
      藤岡秀平、尾沼猛儀、本田徹他5名
    • 学会等名
      Conference on LED and Its Industrial Application ’14
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2014-04-24 – 2014-04-24
  • [学会発表] Optical Properties of Ga-In-O Polycrystalline Films Fabricated by Molecular Precursor Method2014

    • 著者名/発表者名
      尾沼猛儀、山口智広、本田徹他9名
    • 学会等名
      Conference on LED and Its Industrial Application ’14
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2014-04-23 – 2014-04-23

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公開日: 2016-05-27  

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