量子物性研究部
窒化物半導体は大きなバンドギャップを持っているため、電子デバイスへ応用すれば、極めて出力の大きなデバイスや、高い温度でも使用することのできるデバイスを作製することが期待できる。一方、電子デバイスの一種類であるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor ; HBT）は、降伏電圧が高い、電流密度が高い、閾値電圧が一様である、という特徴を持つため、高出力電子デバイスに適している。従って、窒化物半導体でHBTを作製することができれば、材料およびデバイスの両面から、従来よりさらに高出力用の電子デバイスの作製が期待できる。しかしながら、今までに良好な窒化物半導体HBTの報告例は少なかった。この主な原因の一つは、GaNでは抵抗の低いp型層を成長することが困難であること、もう一つは、p型GaNは加工ダメージに弱いこと、である。この二つの大きな問題点を解決するために、我々はInGaNに着目し、GaNに比べて加工ダメージが少なく、室温における正孔濃度が1019cm-3以上にも達することを見出した。[1、2]
今回、この加工ダメージに強く、正孔濃度が高いp型InGaNをNpn型HBTのベース層に初めて応用した。図１は、作製したInGaN/GaN窒化物半導体HBTの構造を示している。また、降伏電圧を高くするために、コレクタ層にはInGaNよりもバンドギャップが大きなGaNを用いた。この構造において高い電流利得を得るためには、エミッタから注入した電子をコレクタへ到達させることが必要である。このため、ベース層とコレクタ層の間には、In組成を変化させた傾斜InGaN層を挿入した。図２は、室温におけるエミッタ接地電流―電圧特性を示している。図２からわかるように、実用に一歩近づく高い電流利得（20）を得ることに成功した。このことはp型InGaN層の結晶性が良好であることも示している。さらに、窒化物半導体の特徴である20V以上の高い降伏電圧が得られている。[3、4] 今後、低転位密度化などによる結晶品質の改善、プロセスダメージの低減などにより、さらなる特性の改善が期待できる。
[1] K. Kumakura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000) L337.
[2] T. Makimoto et al., J. Cryst. Growth 221 (2000) 350.
[3] T. Makimoto et al., Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 380.
[4] T. Makimoto et al., phys. stat. sol. (a) 188 (2001) 363.
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