2013 Fiscal Year Annual Research Report
分極を有する半導体の物理構築と深紫外発光素子への展開
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25000011
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
天野 浩 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60202694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本田 善央 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60362274)
大野 雄高 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10324451)
三宅 秀人 三重大学, 工学研究科, 准教授 (70209881)
成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)
竹内 哲也 名城大学, 理工学部, 准教授 (10583817)
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| Project Period (FY) |
2013-04-26 – 2016-03-31
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| Keywords | 分極半導体 / 深紫外発光素子 / ナノカーボン電極 / バルクAlN / ソーラーブラインド紫外線検出器 / 電子線励起深紫外レーザ / 電子線ホログラフィ / 電子線励起電流 |
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| Research Abstract |
1. 超高品質AlNバルク基板の創製
(本田、天野)昇華法を用いて高品質AlN結晶を成長させた。
(三宅)1400℃の熱処理によりAlNのステップ構造が得られることを明らかにした。HVPE炉の設計と製作を行いシミュレーション結果と比較検討した。
2. 分極半導体デバイス物理構築
(本田、天野)様々なアンドープAlGaN/GaN超格子層構造を作製し、二次元及び三次元p型伝導を確認した。
(竹内)分極電荷を利用した新しいポテンシャル制御を提案、実験的検証と高性能深紫外発光素子の層構造設計を進めた。
3. AlGaN系分極半導体材料へのナノカーボン電極形成
(成塚)(1)アルコールCVD法と析出法を組み合わせることでラマン測定によるD/G比の低い良好な多層グラフェンのための成長条件を導出した。(2)析出法を用いたグラフェンの直接成長メカニズムの検討をおこなった。(3)縦方向導電性の改善に関しては主に技術調査をおこなった。
(大野)カーボンナノチューブ薄膜透明電極をDUVLEDに初めて適応し、電流注入発光を確認した。
4. 分極半導体デバイス物性解析
(田中)電子線ホログラフィ(EH)に関しては、機械研磨のみによる加工を採用、試料薄片化の条件を見出した。電子ビーム励起電流像(EBIC)に関しては、p-n接合の位置や拡散長に関する知見が得られた。また、同時に観察したSEMは簡便な電位観察法として利用出来る可能性を示した。
5. 深紫外発光素子への展開
(岩谷、竹内)(1)紫外LED用高反射率電極の検討 誘電体多層膜およびITO透明電極の有用性を確認した。
(2)電子線励起による窒化物半導体レーザの検討 電子線励起によるレーザ発振と考えられる現象を確認した。
(3)分極によって発生した高密度な2次元電子ガスを活用した紫外線受光素子の検討 AlGaN系紫外受光素子の検討を行い、太陽光下での火炎検知が可能なAlGaN系紫外線センサを実現できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
AIN基板作製グループ(三宅、本田・天野)
装置設計や導入、成長条件の検討などハード面では予定通り研究が進んだと判断できる。まだ歩留まりは悪いものの昇華法に因る高品質厚膜AlN成長に成功し、HVPE法によるホモ成長も実施できているため。
分極半導体物理構築グループ(竹内・岩谷、木田・天野)
アンドープ層でのp型伝導性の起源が分極によるものであることが実験的に明らかとなった。
電界分布解析グループ(田中)
電子線ホログラフィーでは、試料の薄片化の条件出しに時間を要していることは考慮されるが、電子線誘起電流およびSEMの観察実験は順調に進めることが出来、有用な知見を得ることが出来たため。
ナノカーボン成長グループ(成塚、大野)
新成膜装置の昇温、冷却機構の改善に時間を要しており、新装置でのグラフェンの成長実験は進んでいない点は考慮されるが、従来装置を用いたグラフェン成長メカニズムの検討実験などは順調に進めることができ、有用な知見は得ることが出来たから。また、カーボンナノチューブ薄膜透明電極をDUV LEDに初めて適応し、電流注入発光を確認したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
AlN某板作製グループ(三宅、本田・天野)
昇華法の不安定さの原因を明らかにし、デバイス作製可能なAlN基板の提供を急ぐ。HVPE法の下地結晶として利用できる2インチ直径のサファイア上AlNで、世界最高品質((10-12)X線半値幅が200arcsec以下)の成長法を確立出来たことから、HVPE法による厚膜基板作製も加速する。得られたAlN基板をデバイス作製に用いて、電子線励起や光励起など、電流注入以外の方法で高密度励起を行い、結晶品質が高いことを確かめる。
分極半導体物理構築グループ(竹内・岩谷、本田・天野)
縦型伝導デバイス設計指針を構築し、実際に検証する。また、分極効果を最大限活用して現在とは異なる構造の深紫外発光素子を設計・試作を行い、従来型素子との特性比較を行う。
電界分布解析グループ(田中)
電子線ホログラフィーを用いた観察実験を行い、電界分布の解析を進めていく。ホログラムを再生して得られる量は、試料透過後の電子波の位相変化であり、この位相変化は試料内の静電ポテンシャルの他、回折や平均内部ポテンシャルによっても引き起こされる。そこで、回折については計算により、平均内部ポテンシャルについては別途測定することで位相変化への寄与を正確に見積り、高い精度で電界分布を導出する。
低加速電圧のSEMを使った昨年度の観察実験では、電位観察法としての可能性が示唆されたが、本年度は特に電位の定量評価の観点でさらに検討を進める。膜の堆積方向の空間分解能を上げるために、斜め研磨した試料を準備してSEM観察し、結果をホログラフィーの結果と比較する。観察が容易なSEMで電位分布が得られるとルーチンワークでの利用が期待される。
ナノカーボン成長グループ(成塚、大野)
(1)多層グラフェンの成長技術と(2)グラフェンの基板上への直接成長技術関しては、新装置の開発を急ぎ、グラフェンの直接成長技術に関しての研究を重点的におこなう。具体的には、新装置を用い高温環境を利用した触媒を必要としないグラフェンの純粋なエピタキシャル成長の可能性を検討する。通常のグラフェンのCVD成長では触媒とカーボン原料の接触が必須であり、グラフェンが触媒を覆うと成長が停止する。このことは単層グラフェンの生成には有利と働くが、多層グラフェンの作製を困難とする。高温での炭素原料の分解反応ならびにその活性化効果を利用したグラフェンのエピタキシャル成長が可能となれば、成長時間の延長により任意の膜厚の多層グラフェンの成長が可能となる。析出法を用いた多層グラフェンの成長に関する研究も並列におこない、グラフェンを用いた透明電極の実現を加速する。グラフェンの成長技術は日進月歩であり、このように複数の選択肢を持ち多角的にそのメカニズムを解明することが研究の推進に重要となる。
(3)グラフェンの縦方向導電性の改善に関しては、「ネットワーク+ノード方式」を用いることによる縦方向伝導の向上の効果を検討する。透明電極の横方向伝導はネットワークを形成するグラフェンによるが、分散的にノードとしてしての働きを持つ金属微粒子の添加形成を考える。この金属微粒子には、p形コンタクトのための仕事関数の増加効果ばかりでなく、グラフェン層上下間の電気伝導性向上の効果も期待できる。
CNTでは、p-AlGaN層に直接コンタクトをとることを目指し、ドーピングによる仕事関数制御およびその効果について詳細な検討を行う。
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