2016 年度実績報告書

窒化ガリウム系共鳴トンネルダイオード作製とテラヘルツ波発振に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号	26420332
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	永瀬成範国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (80399500)
研究期間 (年度)	2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード	窒化ガリウム / 共鳴トンネルダイオード / 双安定性 / サブバンド間遷移 / テラヘルツ波
研究実績の概要	本研究では、窒化ガリウム系共鳴トンネルダイオード（GaN系RTD）の優れた材料物性を用いることで、高性能なテラヘルツ波発振器を実現することを目的とした。昨年度までに、長年未解明であったGaN系RTDで生じる双安定性（テラヘルツ波発振に不利な電流電圧特性のヒステリシス）を抑制することに成功し、また、電磁界シミュレータを用いたアンテナ構造設計法やアンテナ構造作製のためのプロセス技術を確立した。最終年度は、GaN系RTDからのテラヘルツ波発振を目指して、GaN系RTDの高品質化に関する検討を行った。低欠陥GaN基板を用いたホモエピタキシャル技術、及び、バリア層の低Al組成化等により、サファイア基板とGaN系RTDとの格子歪によって発生する貫通転位や、バリア層中の結晶欠陥を大幅に低減することに成功した。しかし、テラヘルツ波発振に十分な微分負性抵抗特性を得るには至らず、更なる結晶品質の改善が必要であることがわかった。大面積成長などに優位性を持つMOVPE成長では、ヘテロ界面の平坦性が十分ではなく、ヘテロ界面の平坦性に優れたMBE成長も視野に入れた取り組みが必要であることが示唆された。本研究期間では、テラヘルツ波発振器実現までには至らなかったが、GaN系RTDで生じる双安定性（量子井戸サブバンド間遷移と電子蓄積効果に起因したバンド構造変化）のメカニズムを明らかにし、GaN系RTDの最適設計によって、双安定性を抑制し、テラヘルツ波発振器を実現できる可能性を示した。今後は、これらの成果をもとに、所属機関のプロジェクト等での研究テーマとして研究を継続し、テラヘルツ波発振器実現に繋げていく予定である。また、双安定性のメカニズム解明により、GaN系RTDの双安定性を用いた新しいデバイスの創出にも繋がった。