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A02

A02-1:Ⅲ族窒化物ナノラミネート特異構造を用いたダイヤモンド電子デバイスの開発

  • 研究代表者:小出 康夫(物質・材料研究機構・理事・A02総括)
  • 研究分担者:井村 将隆(物質・材料研究機構・主任研究員)

誘電体と半導体の層状構造からなる誘電薄膜(ナノラミネート薄膜と呼ばれる)は、ダイポール積層構造に起因するマクスウェル‐ワグナー誘電緩和効果よって比誘電率k=1000以上の巨大誘電率を持つことが、Al2O3/TiO2ナノラミネート薄膜において近年実証されています。本研究の目的は、誘電体i-AlNと導電体c-GaNをそれぞれ1nm以下の原子層状構造からなるナノラミネート特異構造を作製し、少なくともk=100以上の高誘電率薄膜をダイヤモンド単結晶上に作製すること、さらにそのi-AlN/c-GaNナノラミネート薄膜をゲート絶縁膜に用いることによって水素終端ダイヤモンド表面の高濃度正孔チャネルを用いた新概念電界効果トランジスタを開発することにあります。水素終端ダイヤモンド表面に蓄積される正孔濃度は平方センチメートル当たり1014個に達しており、従来のAlGaN/GaNヘテロ接合に較べて約1桁高いことが、当グループの研究成果からわかっています。この高濃度正孔を電界制御するためには、k=100以上を持つゲート絶縁膜が不可欠であり、AlN/GaNナノラミネート特異構造の開発が鍵を握ります。

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A02-2:特異構造結晶の特性を生かした新機能発光デバイスの研究

  • 研究代表者:平山 秀樹(理化学研究所・主任研究員)
  • 研究分担者:寺嶋 亘(理化学研究所・研究員)
  • 研究分担者:鎌田 憲彦(埼玉大学・教授)

本研究では特異構造結晶を新たに導入することにより新規発光デバイスの開拓を行います。未開拓の深紫外ならびにテラヘルツ発光素子を実現するためには、高ホール濃度p型AlGaN、極低転位AlNバッファー、原子層平坦AlGaN多重超格子の実現が必要不可欠です。本研究では、自己形成による3D特異結晶(ピラーAlNアレイ)とコドープのよる分子特異結晶(短周期超格子コドープp型AlGaN)の導入により、貫通転位密度の飛躍的低減による発光効率の向上、高光取り出し構造の実現、高濃度p型層の実現を行い、未踏の高効率(>50%)深紫外LED、深紫外レーザダイオード(LD)の実現を目指します。窒化物量子カスケードレーザ(QCL)の実現のためには、原子一層精度の多重超格子構造の形成が必要不可欠です。本研究では、原子一層精度せ制御されたAlGaN多重超格子構造(1D特異結晶)を、独自に考案した「過渡的アニールドロップレット除去成長法(DETA法)」を用いて形成し、それを用いて高い光利得を実現することで、未開拓周波数テラヘルツQCLの実現を目指します。

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A02-3:特異構造を含む異種接合の界面制御と電子デバイス展開

  • 研究代表者:橋詰 保(北海道大学・教授)
  • 研究分担者:赤澤 正道(北海道大学・准教授)
  • 研究分担者:佐藤 威友(北海道大学・准教授)

特異構造やポテンシャル障壁層を巧みに利用した窒化物半導体デバイス構造は、まさに高度な異種接合集合体です。しかしながら、特異構造が導入された異種接合界面には高密度の電子準位が導入される可能性が高く、新機能電子デバイス展開にはこの電子準位の特性を理解し制御することが必須です。
本研究項目では、ボイド、超格子緩衝層などの特異構造を含む異種接合の界面電子準位を、容量-電圧特性の厳密計算、アドミタンス測定および容量過渡測定により評価し、構造的評価(TEM, SEM, AFM)と化学的評価(XPS, SIMS)を連携させて、電子準位制御法を確立します。
さらに、図に示すように、ドライエッチングと選択成長を利用して、有極性面と無極性・半極性面を組み合わせたナノチャネル構造を形成し、側面にもチャネル層を持つ新機能トランジスタを作製・評価します。さらに、電気化学手法によりゲート直下あるいは通電電極直下にナノポーラス構造を形成し、新規センサー素子・超低抵抗通電素子展開を図っていきます。

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