半導体工学研究室

概要

半導体光物性評価

時間分解および空間分解レーザ分光法を利用して、ワイドギャップ半導体の光学的性質に関する実験的研究を行っています。特に、励起子(電子と正孔がクーロン力により結合した擬似粒子)に着目し、半導体中に高密度の励起子が生成された際に発現する光物理現象の解明を行っており、多様な研究を可能とする充実した最先端のレーザ分光装置が揃っています。将来的には、励起子光物性に関する基礎研究とデバイス応用研究との融合を図り、励起子を利用した高機能かつ高効率な発光ダイオードやレーザダイオードの実用化を目指しています。

半導体結晶成長・デバイス作製

高品質な窒化物半導体基板結晶上に極薄膜結晶を何層も積層した構造を形成し、微細加工・電極形成技術を駆使することによって、高性能・高機能なLED、トランジスタなどのデバイス作製を行っています。基板結晶の成長、デバイス構造の作製から、出来上がった材料・デバイスの性能評価までを一貫して遂行可能な多数の研究設備を有しており、自ら作製したLEDを光らせる、トランジスタを動作させる達成感を味わえます。

画像の説明 (左上)クリーンルーム内での実験風景、(左下)時間分解分光実験、(右)レーザ分光イメージ
画像の説明 (左上)クリーンルーム内での実験風景、(左下)時間分解分光実験、(右)レーザ分光イメージ

基本情報

研究室スタッフ教授・山田陽一,准教授・岡田成仁,助教・倉井聡
専門分野半導体工学,半導体光物性,励起子工学,結晶成長・デバイスプロセス
研究テーマレーザ分光法によるワイドギャップ半導体の光物性評価と光機能性探索,超高品質GaN光半導体の結晶成長技術の開拓,次世代トランジスタの開発、超高品位GaN基板の実現
研究キーワードワイドギャップ窒化物半導体,光物性,励起子多体効果,励起子・キャリアダイナミクス,結晶成長・デバイスプロセス,LED,半導体レーザダイオード,HEMT
研究室ホームページhttp://device.eee.yamaguchi-u.ac.jp/

研究紹介

高密度励起子系の基礎物性評価と光機能性探索

ワイドギャップ半導体は本来的に大きな励起子効果を有するため、その光学遷移過程には励起子の関与した現象が顕著に観測されます。私たちの研究室では、励起子が高密度に生成された際に発現する励起子多体効果に着目し、2つの励起子の結合状態である励起子分子に関する研究分野を先導してきました。励起子分子の輻射再結合過程(図)はレーザ作用という観点からは理想的な光学遷移過程であり、次世代の超低しきい値半導体レーザへの応用が期待されています。

高密度励起子系の基礎物性評価と光機能性探索

超高輝度光半導体デバイスの実現

本研究室では、高い光取り出し効率を有する光半導体デバイスの実現に向けて、結晶成長・プロセス技術の開発にも取り組んでいます。本研究室で試作した加工サファイア基板上LEDの最高外部量子効率は49.5%(@20mA)と大学として世界トップレベルにあります(研究室紹介トップの写真)。このようなデバイスの性能を下支えするのが超高品位GaN基板(写真)です。その高品質化、低コスト化、大口径化にも取り組んでおり、ハイドライド気相(HVPE)成長では世界最高クラスである転位(結晶欠陥の一種)密度~104 /cm2 台を達成しています。薄膜・デバイスの評価にも注力しており、結晶の微細構造の光機能性評価や、正確な測定が難しいとされる内部量子効率の定量評価法の確立と信頼性向上などに取り組んでいます。

超高輝度光半導体デバイスの実現

次世代型電子デバイスの作製

現在市場化に至っているAlGaN/GaNの高電子移動度トランジスタ(HEMT)の性能を大きく凌駕する可能性を秘めている窒素面(Al)GaN/AlNへテロ構造を用いたHEMTの開発を中心に、電子デバイスの研究を行っています!世界初の高性能デバイスの実現を目指した萌芽研究の位置づけです(作製したHEMT(内挿写真)と特性の一例)。

次世代型電子デバイスの作製