窒化ガリウム結晶及びデバイスにおける貫通転位に起因した漏れ電流発生機構の解明
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20J10170
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
濱地 威明 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 窒化ガリウム / 貫通転位 / 電流漏れ / ショットキー接触 / 転位構造解析 / 電気伝導機構 / らせん転位 / バーガースベクトル / 電流漏れ現象 / 透過電子顕微鏡 / 多光子励起フォトルミネッセンス顕微鏡 / ナノビームX線回折 / 転位伝播様式 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，窒化ガリウム（GaN）結晶中の貫通転位と呼ばれる格子欠陥起因の電流漏れ発生機構の解明を目的とする．個々の貫通転位における電気特性や微細な結晶学的構造，電子状態，格子歪等，貫通転位に関わる多様な物性を評価できる包括的アプローチを確立し，種々の結晶成長・デバイス作製プロセスを経たGaN結晶・デバイスに適用することで，貫通転位における電流漏れ機構をプロセス毎に解明する．本研究目的が達成されると，漏れ電流源となる貫通転位を選択的に抑制するデバイス作製技術の開発を加速させることが可能となり，貫通転位があってもGaN本来の物性値を十分に発揮できる次世代パワーデバイスの実現に大きく近づける．
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| Outline of Annual Research Achievements |
NaフラックスGaN基板上にハイドライド気相成長で育成したGaN基板を対象に、前年度までに確立した技術により、多数の単独貫通転位にショットキー接触を作製し、電流-電圧-温度（I-V-T）特性を計測・解析した。特に、前年度解明された貫通転位のエッチピットとバーガースベクトル（b）の一対一対応関係を活用し、過去に漏れ電流源となることが報告されているらせん転位及び混合転位を選択的に評価した。室温I-V測定の結果、大多数のらせん・混合転位では漏れ電流が比較的抑制されていた一方で、らせん転位の中の極少数が異常に大きな漏れ電流を生じることを見出した。I-V-T特性の解析により、この異常ならせん転位では、小さな漏れ電流を生じた他の転位とは異なる欠陥準位を介した、特異な電気伝導機構で電流が生じていることが明らかとなった。
透過電子顕微鏡及び多光子励起顕微鏡により、(i)大きな電流漏れを示したらせん転位の構造的特徴及び、(ii)小さな電流漏れを示した大多数のらせん・混合転位における伝播形態と電気特性の関連性を評価した。(i)について、大きな漏れ電流を生じたらせん転位のb、コアタイプ、伝播挙動は、漏れ電流の小さな他のらせん転位と同様であり、大きな電流漏れがこれらの構造的特徴には起因しないことが示された。一方、らせん転位のヘリカル形態（振幅や周期等）は個々に多様であり、らせん転位と点欠陥の反応が高頻度かつ多様な様式で生じていたことが示唆された。これより、結晶成長過程での局所的な成長条件揺らぎが起因して、一部のらせん転位で芯部分の結晶構造が原子レベルで変異した結果、大きな漏れ電流に寄与する致命的な欠陥準位が形成されたものと推察された。(ii)について、漏れ電流の小さな多数のらせん・混合転位については、転位のbや傾斜方位等が漏れ電流度合いやショットキー障壁高さにほぼ影響しないことを明らかとした。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
