2016 Fiscal Year Annual Research Report
Interface control of heterojunctions including singularity structures for advanced electron devices
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06421
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (80149898)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤澤 正道 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (30212400)
佐藤 威友 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (50343009)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | GaN / AlGaN / 異種接合 / CV解析 / 電子準位 / 周期的ナノチャネル / 電気化学エッチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
種々の特異構造を内包するGaN系異種接合界面電気的評価を行い、化学的・構造的・光学的評価と連携させて電子捕獲準位の成因を理解し、評価結果および制御法を結晶成長設計およびデバイス構造設計にフィードバックし、混晶異種接合に立脚した新機能素子の実現に貢献する。さらに、極性制御ナノチャネル構造および微細孔構造を形成し、新機能トランジスタ・超低抵抗通電素子・ワイドレンジ光吸収素子に展開する。本年度の主な成果を以下にまとめる。
１）Mgイオン注入層を含むAl2O3/n-GaN異種接合に容量―電圧（CV）法を適用し、測定結果を厳密数値計算結果と比較する手法で、Mgイオン注入過程でGaN表面に導入される電子捕獲準位の評価を実施した。独自に開発した大気・低温アニールにより、絶縁膜―半導体界面に起因する界面準位を抑制し、イオン注入により導入された離散的電子準位を検知することが可能になった。解析の結果、伝導帯下端から0.8eVのエネルギー位置に比較的高密度の準位が形成されることを明らかにした。
２）AlGaN/GaN異種構造に周期的ナノチャネルを形成し、トランジスタ特性を評価した。チャネル側面と溝構造部からの効果的な熱放散により自己発熱作用が抑制され、低い熱抵抗を有することが明らかになった。
３）酸系電解液を用いた電気化学プロセスをAlGaN/GaN異種構造に適用し、AlGaN層の選択エッチングを行った。AlGaNの禁制帯幅以上のエネルギーを有する単色光を利用することにより、平坦性に優れたエッチングが可能となった。また、この手法をゲート部に適用したHEMTにおいて、しきい値電圧の精密制御とAlGaN薄層化による相互コンダクタンスの向上を観測し、この手法の低損傷性が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1)異種接合のCV解析による電子捕獲準位の評価、２）周期的ナノチャネルを有するトランジスタの作製と評価、３）電気化学プロセスによるAlGaN表面のエッチングを研究目標に置いた。
MOS構造の詳細CV解析により、GaN表面近傍に存在する離散的電子捕獲準位を界面準位と分離して解析できることを実証し、有望な評価法であることが示された。次に、周期的ナノチャネルを持つAlGaN/GaN HEMTは優れた熱特性を有することを明らかにし、新規パワー素子に応用可能であることが分かった。さらに、独自に開発した電気化学プロセスによりAlGaN/GaN異種構造の選択的エッチングを行い、平坦性・低損傷性に優れた結果が得られ、HEMT素子プロセスとして非常に有望であることが示された。以上より、予定の研究計画がおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の成果を踏まえ、今後は以下の方針で研究を行う。異種接合構造の電子準位評価では、引き続きイオン注入による欠陥準位解析を行う。加速エネルギー・注入量と欠陥電子準位の特性との相関を求め、構造分析結果を含めた系統的評価により準位の成因を探る。その後、ドライエッチングによる欠陥、ナノ構造を内包する異種接合の電子準位評価への展開をはかる。また、独自に開発した電気化学エッチングを適用して、AlGaN/GaN異種接合に周期的ナノチャネル構造を形成する。エッチング条件によるナノチャネル構造形状の制御を行う。さらに、電気化学エッチングをゲート部に適用して、MOS形AlGaN/GaN HEMTにおけるしきい値制御とその安定性向上を目指す。また、暗中での電気化学エッチングにより、ナノ細孔構造の形成とトンネル形オーミック電極形成への応用を実施する。
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