UV V low

UV センサ回路

抵抗負荷のインバータ回路 ゲートにパルス電圧を印加

蓄積したホールの排出

周波数によりホールの蓄積 量を調節

暗状態

フォトトランジスタは常に

OFF

出力電圧は

V _DD

で一定

UV

照射時

照射光量に応じてトランジ スタ

ON

出力電圧が変動

V

_DD

=10V

V

_OUT

出力特性

-6 -4 -2 0 2 4 6 -12 -10 -8 -6 -4 -2 10 12 0 2 4 6 8

Voltage(V)

Vout(Dark)

V

_in

Vout(UV)

Time(ms)

照射光：ブラックライト

(

出力

:27W

、

λ _p =369nm

、

FWHM=17nm)

ホール蓄積

(

トランジスタ

ON)

ホール排出

(

トランジスタ

OFF) 7.87V

V

_in

:V

_high

=0V, V

_low

=-10V, f=300Hz

R _L =100kΩ

V _DD =10V

まとめ

GaN/AlGaN/GaN

ゲート構造の

UV

フォトトランジスタの作製

GaN/AlGaN

界面に光励起されたホールが蓄積することで紫 外光を検出する

Si

フォトダイオードに比べて高効率であり、小面積でも大電流 を得ることができる

ゲートにパルス電圧を印加することで蓄積したホールを排出 抵抗負荷のインバータ回路を用いてリフレッシュ動作を確認

本研究の結論

AlGaN/GaN HFET

は深い準位に起因する不安定現象が問題

¾

深い準位の応答によりエピタキシャル基板の特性が変動

⇒暗状態での熱処理を提案

¾AlGaN/GaN HFET

しきい値電圧の光依存性

⇒深い準位による補償を行った高抵抗 GaN

バッファ層で 顕著に起きる

¾AlGaN/GaN HFET

しきい値電圧の温度依存性

⇒ GaN

バッファ層中の深い準位の電子占有率が小さい と正方向になり得る

¾

光応答を利用した

GaN/AlGaN/GaN

ゲート構造の

UV

フォト トランジスタを提案

⇒新たなる GaN

電子デバイスの可能性を示した

今後の課題

GaN

電子デバイスの特性向上

⇒結晶中の深い準位の応答を制御する必要がある

•

結晶性の改善

•

深い準位をドープする箇所の最適化

•AlGaN/GaN HFET

V

_D

=100V

⇒

α

Δ

V

_SUB ⇒ Δ

V

_SUB

=20V t

_AlGaN

=25nm

Δ

V

_TH

<0.1V

⇒

x

_I

>5µm

•

高耐圧ショットキーダイオード

耐圧

1000V

⇒

10µm

、

n=10

¹⁶

cm

^-3

GaN

電子デバイスを用いるアプリケーション

GaN電子デバイスの設計・開発

結晶成長技術

謝辞

本研究を行うにあたり、ご指導ご助力を受け賜りました先生方 および技術職員の皆様、試料提供を頂きました株式会社パウ デックおよび日亜化学工業株式会社の皆様、有意義な議論を 頂きました大野研究室の学生ならびに関係者の皆様に心より 感謝申し上げます。

窒化ガリウム系電子デバイスの現状

携帯電話基地局

ユーディナデバイス

180W

、

2.1GHz

パワーデバイス

n-GaN

基板縦型

pn

ダイオード

(

住友電工

)

耐圧

925V

、オン抵抗

6.3mΩcm

²

Y.Yoshizumi, et al.,”High-breakdown-voltage pn-junction diodes on GaN substrates,” Proc.

13^thICMOVPE, We-P. 69 (2006) 445.

縦型構造絶縁ゲート

HFET(

トヨタ自動車

)

M. Kanechika, et al.,”A Vertical Insulated Gate AlGaN/GaN Heterojunction Field-Effect Transistor,” Jpn. J. Appl. Phys. 46 (2007) L503.

ミリ波デバイス

AlGaN/GaN HFET(

情報通信機構

) L

_G

=30nm

最大遮断周波数

=181GHz

M. Higashiwaki, et al.,”30-nm-Gate AlGaN/GaN Heterostructure Field-Effect Transistor with a Current-Gain Cutoff Frequency of 181 GHz,” Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) L1111.

Eudyna HP

(http://www.eudyna.com/j/products/newproducts/gan_hemt.html)

さまざまな企業、機関で研究開発が進められており、一部は実用化されつつある

暗状態でのドレイン電流の時間変化

0 10 20 30 40 50 60 70 1x10^-4

2x10^-4 3x10^-4 4x10^-4 5x10^-4 6x10^-4 7x10^-4

L=2 µ m W=50 µ m

D rain C u rr ent[A ]

TIME[min]

V

_D=0.1V

V

_G=-3V

sample2

sample1ウエハ

1

ウエハ

2

光

OFF

光

ON

照射光波長依存性の測定系

光ファイバ

サンプル

500W

キセノンランプ 分光器

Agilent 4155C

暗幕付きウエハプローバ

しきい値電圧の温度依存性

250 300 350 400 450 500

-5.4 -5.2 -5.0 -4.8 -4.6 -4.4 -4.2 -4.0

+0.28mV/deg

Th resho ld Vo lta ge (V)

Temperature(K)

暗状態 光照射時

+3.44mV/deg

しきい値電圧の定義

300K

、

I

_D

=1

×

10

^-6

A

のときのゲート 電圧

各温度においては移動度の低下 を考慮して同じキャリア数になると きに換算

暗状態、光照射時ともに正方向の温 度依存性

Si nMOSFET

では負方向

I _D -V _G 特性 (V _D =10V)

しきい値電圧

(I _D =10 ^-8 A@average)

暗状態

:V _TH =-0.41V UV

照射

:V _TH =-1.04V V _G <-1.2V

蓄積しているホールが排出

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

10^-12 10^-11 10^-10 10^-9 10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

D rain Cur rent(A )

Gate Voltage(V) UV(350nm)

Dark

V

_D=10V

ドキュメント内 窒化ガリウム系電界効果型トランジスタの 光応答とその応用に関する研究 (ページ 44-56)