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- 305-0044 茨城県つくば市並木1-1 [アクセス]
研究内容
- Keywords
窒化物半導体、ダイヤモンド半導体、MOCVD、光デバイス、電子デバイス
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
公開特許出願
所属学会
応用物理学会
電子・光機能材料研究センター
次世代半導体を用いた光・電子・磁性・機械デバイスの開発
III族窒化物半導体，ダイヤモンド半導体，酸化物半導体, 発光ダイオード，光・放射線検出器，電界効果トランジスタ，磁性デバイス，MEMSデバイス, 有機金属化合物気相成長法，マイクロ波プラズマ気相成長法
概要
次世代半導体を用いた光・電子・磁性・機械デバイス分野では、Siを代替するワイドギャップ半導体の導入が不可欠である。私は、応用性・実用性に優れ、高い潜在能力を有するIII族窒化物半導体及びダイヤモンド半導体に早期から着目し、これらを主な材料としたデバイス開発を進めている。NIMSでは、結晶成長、デバイスプロセス、結晶評価が一体となり、相互にフィードバックしながら研究開発を進める体制が整っている。
新規性・独創性
● ダイヤモンド半導体&酸化物半導体(Ga2O3)を用いた放射線・陽子線検出器の開発
● InGaN系窒化物半導体微細加工構造を用いた可視光全領域フォトニックデバイスの開発
● AlGaN系窒化物半導体を用いた高効率紫外線発光ダイオードの開発
● AlGaN/GaN及びAlInN/GaNヘテロ構造を用いた高周波パワーデバイスの開発
● BAlN及びScAlN系窒化物半導体を用いた磁性デバイスの開発
● 素過程に基づく汎用的なMOVPE結晶成長モデルの構築
● 簡約素過程モデルを用いた窒化物混晶の組成・膜厚の高精度な予測・制御
● 酸化物半導体(MgO)を用いた磁気センサーの開発
内容
例1として、素過程に基づく汎用的なMOVPE結晶成長モデルの構築と、窒化物混晶の組成・膜厚の高精度な予測・制御について説明する。窒化物半導体は青色LED、照明、高周波無線デバイス等に実用化され、高品質結晶層の形成にはMOVPEが広く用いられる。しかしMOVPEでは、原料分解、気相輸送、表面取込、結晶化、脱離が複雑に相互作用し、温度・圧力・流量等の成長パラメータの変化が品質・組成・膜厚を左右するため、目標値の再現に多大な実験と時間を要する。既存モデルは詳細な反応過程に基づいており、計算負荷とパラメータ同定の困難さから汎用性には不向きである。
本研究では、シンプルな素過程(原料の取り込まれ効率および材料の脱離速度)のみを考慮した汎用的な成長モデルを構築した。本モデルにより、原料の供給気相比のみから成長中の組成および膜厚を高精度に予測・制御できることを明らかにした。本成果は、窒化物ヘテロデバイス構造の作製において不可欠な結晶成長時の組成・膜厚制御を、簡便かつ高度に実現可能とするものである。
まとめ
結晶成長の素過程に対する理解と高精度な結晶成長制御を基盤として、III族窒化物半導体を中心とする次世代半導体の材料特性を最大限に引き出し、光・電子・磁性・機械デバイスへの展開を進めている。結晶成長からデバイス設計・作製・評価までを一貫して行うことで、材料・結晶成長とデバイス特性の相関を明らかにし、高性能・高機能な次世代半導体デバイスの実現を目指している。
