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超マルチ性能な究極の窒化物半導体

2023年3月9日|山口大学 工学部電気電子工学科
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蛍光灯の代替として次世代の照明光源として用いられる発光ダイオードは、究極の半導体である「窒化物半導体」をベースにして作製されています。窒化物半導体が究極の半導体である理由は発光ダイオード・レーザーダイオード・受光素子・電子デバイス・太陽電池とあらゆるアプリケーションが可能であり、さらにその性能は現在主流であるシリコンはもちろん他の材料を圧倒するからです。しかし、その性能の一部しか活用できていないのが現状です。本研究室では、窒化物半導体の力を十分に出し切ることのできる結晶成長を基盤技術とし、デバイス応用さらにそれら物性の解明を目標に日々研究を行っています。

研究室紹介

LEDの動作

FETの動作

どんな環境で研究を行っているの?

 半導体を作製するには結晶成長が必要で、半導体デバイスを作製するには多くのプロセス装置が必要です。本研究設備の紹介をします。結晶成長には基板を作成可能なハイドライド気相成長(HVPE)装置、発光ダイオード(LED)や電界効果トランジスタ(FET)のデバイスが作製可能な有機金属化合物気相成長(MOVPE)装置を有しています。また、半導体デバイスをプロセスするに必要な一連の設備も揃っており、評価装置も揃っています。特に窒化物半導体の結晶成長に特化したMOVPE、HVPE装置へカスタマイズしています。

 このような装置を揃えていることで、自分たちの手で作製した半導体結晶を評価し、デバイス化し、その特性を評価することまで一貫して行うことができます。現在の研究トピックは主に以下のとおりです。

  • N面AlNの結晶成長と次世代型高速スイッチングデバイスの作製・評価
  • 紫外線LEDのためのAlNの結晶成長と紫外線発光素子に関する研究
  • 可視光レーザーを用いた無線給電に関する高品質InGaN結晶成長
  • 次世代型GaN基板の作製技術の開発
  • 赤色LEDの高効率化とマイクロLEDに関する研究

LED、FETはどのように測定しているの?どのような動作をするの?

 マルチ性能な窒化物半導体のアプリケーションである、本研究室で作製されたLEDとFETの動作について紹介します。LEDは外部量子効率50%を達成する開発力を養ってきました。サファイア加工基板というLEDの光取り出し効率を劇的に改善する技術をベースに作製したLEDの発光の様子がわかります。また、FETも同様に静特性がきれいに再現でき、一般的なIDS-VDS特性の測定手法を示しています。

※このページに含まれる情報は、掲載時点のものになります。

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