「様式３」P-55

Ⅲ族窒化物半導体を用いた放射線検出器の開発［１］組織
代表者：中野 貴之（静岡大学学術院工学領域電子物質系列）
対応者：伊藤 哲（静岡大学電子工学研究所）
分担者：
青木 徹（静岡大学電子工学研究所）
本田 喜央（名古屋大学未来材料・システ
ム研究所）
片山 竜二（東北大学金属材料研究所）
谷川 智之（東北大学金属材料研究所）
村上 尚（東京農工大学大学院工学研究院）
今出 完（大阪大学大学院工学研究科）
岡田成仁（山口大学理工学研究科）
久志本真希（名古屋大学工学研究科）［２］研究経過III 族窒化物半導体材料は、優れた材料特性から様々な応用分野への展開が期待されている。本プロ
ジェクトでは，III 族窒化物の放射線検出デバイスへの応用に向けて基礎物性の解明を目的として研究を行った。
本プロジェクトは今年度が 4 年目であり、昨年度までに BGaN が中性子検出半導体材料として期待できる材料であることを明らかにした。そこで
BGaN 中性子検出デバイスを実現するために重要な母体材料 GaN の放射線検出特性の解明が必要となる。特に、中性子時捕獲時に B（n，α）Li 反応によるα線の検出が重要となる。しかしながら、GaN のα線に関する飛程や電子正孔対生成エネルギーなどのデータは評価されていない。そこで、今年度は GaN ダイオードの放射線検出特性評価を行った。
GaN 放射線検出時における電子正孔対生成エネルギーを導出およびα線の飛程距離の導出に向けて、GaN ダイオードを用いた放射線検出特性評価を行った。pn および pin-GaN ダイオードの放射線検出特性を評価して、移動度寿命積の導出に至った。
以下、研究活動状況の概要を示す。
研究会（12 月 17 日および 28 日）
研究打ち合わせ（6 月 23 日、12 月 18 日、他学会期間中）［３］成果（３－１）研究成果
本年度は，以下に示す研究成果を得た。
第一に、pn 接合 GaN ダイオードを用いて各放射線に対する検出感度特性を評価した。α線、γ線、中性子線に対するエネルギースペクトル測定結果を
図 1 に示す。α線照射時のスペクトルはα線エネルギーのピークを結果が得られた。
GaN ダイオードはα線に対して十分な感度を有していることが確認された。γ線および中性子線照射時では、全てのチャネルにおいてカウント数が 0 であった。この原因はGaN がγ線および中性子線に対して検出感度が非常に低いことと、作製した GaN ダイオードの有感層領域が狭いことが影響している。特にγ線の検出感度に関しては、
GaN が原子番号の低い元素で構成されることからも妥当な結果であり、α線のみに対して検出感度が高いデバイスとして有用な材料であることが確認できた。

図 1、pn 接合 GaN ダイオードへ各放射線を照射した場合に検出された放射線エネルギースペクトル

図 2，各印加電圧で測定したpn接合GaNダイオードのα線エネルギースペクトル

第二に、pn接合GaNダイオードの放射線検出に対する移動度寿命積(μτ値)の導出を行うために、エネルギースペクトルの印加電圧依存性を評価した。
各印加電圧で測定したpn接合GaNダイオードのα線エネルギースペクトルを図 2 に示す。印加電圧を変化させることでスペクトルが変化しており、ピーク位置も高エネルギー側にシフトした。このピーク位置をヘクトの式を用いてフィッティングを行った
結果、pn接合GaNダイオードのα線検出時のμτ値は約 4.0×10-5 V/cm2であった。
（３－２）波及効果と発展性など
本プロジェクトにより、III 族窒化物半導体分野の若手研究者が交互に交流をする機会にもなっており、研究の応用展開などに向けて議論が深まっている。
今年度の研究に関しても、昨年までのプロジェクト成果を展開した結果、新しい研究領域の開拓につながっており、今後の更なる発展が期待される。
［４］成果資料
国際会議発表[1] Mutsuhito Sugiura, Maki Kushimoto, Tadashi
Mitsunari, Kohei Yamashita, Yoshio Honda, Hiroshi
Amano, Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Toru Aoki, andTakayuki Nakano, “Evaluation of radiation detection
characteristics for GaN diode”, Tu-B53, The 6thInternational Symposium on Growth of III-Nitrides(ISGN-6), November 8-13, 2015, Act City Hamamatsu,Hamamatsu, Japan[2] M. Sugiura, M. Kushimoto, T. Mitsunari, K Yamashita,
Y. Honda, H. Amano, Y. Inoue, H. Mimura, T. Aoki, and T.
Nakano, “Characterization of Radiation Detection forGaN”, The 3rd International Conference onLight-Emitting Devices and Their Industrial Applications(LEDIA'15), LEDp2-46, 22 – 24 April 2015, Pacifico
Yokohama, Kanagawa, Japan

国内学会発表[3] 杉浦 睦仁、久志本 真希、光成 正、山下 康平、
本田 善央、天野 浩、三村 秀典、井上 翼、青木 徹、
中野 貴之、“GaN における放射線検出特性の実験的評価(2)”、 第 76 回応用物理学会秋季学術講演会、
13p-PA7-46、名古屋国際会議場、2015 年 9 月 13-16
日[4] M. Sugiura, M. Kushimoto, T. Mitsunari, K.
Yamashita, Y. Honda, H. Amano, Y. Inoue, H. Mimura, T.
Aoki and T. Nakano, “Characterization of radiation
detection for GaN semiconductor material”, 34th
Electronic Materials Symposium (EMS34), Fr1-18,
Laforret Biwako, Shiga, July 15-17, 2015[5] 杉浦睦仁，久志本真希，光成正，山下康平，本田善央，天野 浩，三村秀典，井上翼，青木徹，中野貴之、” GaN 半導体材料における放射線検出特性評
価“、第 7 回 窒化物半導体結晶成長講演会（プレISGN-6）、Fr-13、東北大学片平キャンパス片平さくらホール、2015 年 5 月 7-8 日受賞[1] Mutsuhito Sugiura, “Evaluation of radiation detection
characteristics for GaN diode”, The 6th International
Symposium on Growth of III-Nitrides(ISGN-6), Young
Scientist Award[2] 杉浦睦仁、” GaN 半導体材料における放射線検出特性評価“、第 7 回 窒化物半導体結晶成長講演会（プレ ISGN-6）、発表奨励賞

出張報告
氏 名：村上 尚
所 属：東京農工大学 大学院工学研究院
期 間：H27/12/17-18
用務先：静岡大学
用務内容：研究発表会および研究打合せ
主たる対応者：中野貴之
氏 名：本田 喜央
所 属：名古屋大学未来材料・システム研究所
期 間：H27/12/17-18
用務先：静岡大学
用務内容：研究発表会および研究打合せ
主たる対応者：中野貴之
氏 名：岡田 成仁
所 属：山口大学工学部
期 間：H27/12/17-18
用務先：静岡大学
用務内容：研究発表会および研究打合せ
主たる対応者：中野貴之
氏 名：片山 竜二
所 属：東北大学金属材料研究所
期 間：H27/12/28
用務先：静岡大学
用務内容：研究発表会および研究打合せ
主たる対応者：中野貴之
氏 名：谷川 智之
所 属：東北大学金属材料研究所
期 間：H27/12/28
用務先：静岡大学
用務内容：研究発表会および研究打合せ
主たる対応者：中野貴之
氏 名：岡田 成仁
所 属：山口大学工学部
期 間：H27/12/28
用務先：静岡大学
用務内容：研究発表会および研究打合せ
主たる対応者：中野貴之