材料設計研究部

電子材料物性学研究部門

Takashi MATSUOKA

教授松岡 隆志

  • 講師 谷川 智之
  • 助教 花田 貴
  • 助教 窪谷 茂幸

窒化物半導体の結晶成長技術開発と物性制御による革新的省エネルギデバイスの創成

本研究室では、デバイス開発を念頭に、新しい電子材料の研究開発に取り組んでいます。現在取り上げている材料は、青色発光ダイオードに用いられている窒化物半導体です。独自に開発したエピタキシャル成長装置や加工プロセス装置群を駆使し、パワーデバイスや更に高効率な発光デバイスの開発によって更なる省エネルギ化による社会貢献を目指しています。

現在普及が進みつつある電気自動車やスマートグリッドに用いられるインバータやパワーコンディショナにおいては、スイッチングによる電力損失が大きいことが問題となっています。これに対して我々は、既存のIII族極性トランジスタよりも低損失化を見込める反転型N極性高移動度トランジスタの開発を進め、更なる省エネルギ化を目指しています。高耐圧トランジスタの実現に向けて必要とされるGaN基板作製のため、転位の深さ方向分布の情報採取の簡便な手法として、多光子励起顕微鏡を用いた三次元イメージング技術の開発も行っています。

窒化物半導体、エピタキシャル成長、電子デバイス、発光デバイス、多光子顕微鏡、極性、転位の三次元イメージング
GaN の極性

GaNの極性。N極性(0001) 面は従来のデバイスと逆向きの分極を有し、デバイスの新規デザインを可能にします。Ga極性は従来からも用いられている極性。N 極性の結晶は、Ga極性と逆向きの分極を有し、新規のデバイス構造の構成を可能にします。

a) N 極性GaN/Al0.4Ga0.6N/GaN HEMT 構造。

窒化物半導体高移動度トランジスタ(HEMT)の概念図

多光子励起フォトルミネッセンス法を用いて観察したGaNの貫通転位の三次元像。

多光子励起フォトルミネッセンス法を用いて観察したGaNの貫通転位の三次元像。GaNの励起光源として用いるレーザ光の集光点において、キャリアの励起および発光再結合が生じます。発光強度は転位近傍で弱くなるので、レーザ光を走査しながら、輝度イメージングすることによって、転位の三次元イメージングを行うことができます。この技術の特徴は、試料を破壊することなく、簡便に深さ情報も採取できることです。本図では、見やすくするために、白黒を反転しています。白い部分が転位に相当します。

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