• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2017 Fiscal Year Annual Research Report

Interface control of heterojunctions including singularity structures for advanced electron devices

Planned Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 16H06421
Research InstitutionHokkaido University

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)

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)
Project Period (FY) 2016-06-30 – 2021-03-31
KeywordsGaN / AlGaN / 異種接合 / 電子準位 / 周期的ナノチャネル / 電気化学エッチング
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、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)誘導結合プラズマ(ICP)ドライエッチングによりn-GaN表面を数100nmエッチングし、Al2O3膜を利用したMOS構造を作製することによって、GaN表面に導入される表面欠陥の評価を行った。容量―電圧(CV)測定結果に厳密数値計算を適用することで、伝導帯下端から0.1eVおよび0.6eVのエネルギー位置に比較的高密度の準位が検出された。これらの準位密度はバイアス電力に強く依存し、表面近傍(50nm以内)に局在することが明らかになった。また、900℃のアニールによって密度は低減するが、完全に回復させることはできなかった。
2)周期的ナノチャネルを有するAlGaN/GaN異種構造を用い、電界効果トランジスタを作製した。通常のプレーナー型トランジスタと比較して、ドレイン電流密度の増加と電流線形性の向上が観測された。3次元デバイスシミュレータによる解析により、ナノチャネル内部で電界強度が増強する可能性が示された。
3)パルス光照射電気化学プロセスを開発し、GaNおよびAlGaN表面のエッチングを行った。光ON状態で明瞭な電気化学的反応電流が観測され、光励起正孔が電解液/GaN界面に供給されて酸化反応が生じたことを示している。一方、光OFFの期間に酸化反応を一時的に停止させることで、均一な酸化膜形成が可能となった。形成した酸化膜をアルカリ溶液で除去することにより、平坦性に優れたエッチングを実現した。

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GaNおよび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、ドライエッチングでGaN表面近傍に導入された電子捕獲準位を検出し、準位密度はバイアス電力に強く依存することと表面近傍(50nm以内)に局在することが明らかになった。次に、周期的ナノチャネルを持つAlGaN/GaN HEMTでドレイン電流密度の増加と電流線形性の向上が観測され、電界強度向上との関連性が示唆された。さらに、パルス光照射電気化学プロセスによりGaNおよびAlGaNのエッチングを行い、平坦性・低損傷性に優れた結果が得られ、プロセス誘起欠陥除去に展開可能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。

Strategy for Future Research Activity

平成29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、1000℃以上の高温アニールを受けた表面層の解析を行う。電子準位の起源を明らかにするとともに、電極形成後の低温長時間アニールや低損傷電気化学プロセスを組み合わせた電子準位制御プロセスを開発する。また、無極性のm面GaNに接合を形成し、電気的特性を詳細に評価する。特に、MOSゲート構造を作製した場合、有極性のc面と無極性のm面で、界面準位密度分布、フラットバンド電圧安定性、温度安定性に違いが生じるかどうかに着目する。また、3次元デバイスシミュレータを用いて、ナノチャネル領域のポテンシャル分布、電界分布、および実効電子速度を計算し、実験結果と比較することにより、実験で得られた現象の機構解明を行う。

  • Research Products

    (22 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Effects of Air-annealing on DC Characteristics of InAlN/GaN MOS-HEMTs Using ALD-Al2O32017

    • Author(s)
      S. Ozaki, K, Makiyama, T, Ohki, N, Okamoto, S, Kaneki, K, Nishiguchi, N, Hara and T, Hashizume
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 10 Pages: 061001-1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.10.061001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Precise thickness control in recess etching of AlGaN/GaN hetero-structure using photocarrier-regulated electrochemical process2017

    • Author(s)
      Kumazaki Yusuke、Uemura Keisuke、Sato Taketomo、Hashizume Tamotsu
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 121 Pages: 184501~184501

    • DOI

      10.1063/1.4983013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of oxygen-plasma treatment on AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor heterostructure field-effect transistors with HfO2by atomic layer deposition: leakage current and density of states reduction2017

    • Author(s)
      R. Stoklas, D. Greguov, M. Blaho, K. Fr;hlich, J. Novk, M. Matys, Z. Yatabe, P. Kordos and T. Hashizume
    • Journal Title

      Semicond. Sci. Technol.

      Volume: 32 Pages: 045018~045018

    • DOI

      10.1088/1361-6641/aa5fcb

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Current linearity and operation stability in Al2O3-gate AlGaN/GaN MOS-HEMTs2017

    • Author(s)
      K. Nishiguchi, S. Kaneki, S. Ozaki and T. Hashizume
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 56 Pages: 101001-1-8

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.101001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Disorder induced gap states as a cause of threshold voltage instabilities in Al2O3/AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor high-electron-mobility transistors2017

    • Author(s)
      Matys M.、Kaneki S.、Nishiguchi K.、Adamowicz B.、Hashizume T.
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 122 Pages: 224504~224504

    • DOI

      10.1063/1.5000497

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高温アニールがAl2O3/GaN 界面特性に及ぼす影響2018

    • Author(s)
      及木 達矢、橋詰 保
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Al2O3-gate AlGaN/GaN MOS HEMTの動作安定性2018

    • Author(s)
      安藤 祐次、金木 奨太、西口 賢弥、橋詰 保
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Improved wet-etching processes for GaN-based electron devices2017

    • Author(s)
      T. Sato, K. Uemura and T. Hashizume
    • Organizer
      2017 Materials Research Society Fall Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] GaN系半導体のMOS界面制御2017

    • Author(s)
      橋詰保
    • Organizer
      日本学術振興会第162委員会第103回研究会
    • Invited
  • [Presentation] GaN系トランジスタにおける界面制御2017

    • Author(s)
      橋詰保
    • Organizer
      応用物理学会応用電子物性分科会研究会
    • Invited
  • [Presentation] GaN MIS界面とトランジスタ応用~これまでのⅢ-V MIS界面と違いはあるのか~2017

    • Author(s)
      橋詰保
    • Organizer
      日本結晶成長学会・ナノ構造・エピタキシャル成長分科会・第9回講演会
    • Invited
  • [Presentation] Improved MOS gate control in Al2O3/AlGaN/GaN HEMTs with reverse-bias annealing2017

    • Author(s)
      Kenya Nishiguchi, Syota Kaneki, Tamotsu Hashizume
    • Organizer
      12th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-12)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Precise thickness control in recess-etching for normally-off AlGaN/GaN HEMTs using a low damage photo-electrochemical reaction2017

    • Author(s)
      Taketomo Sato, Keisuke Uemura, Yusuke Kumazaki, Tamotsu Hashizume
    • Organizer
      12th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-12)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Correlation between VTH instability and interface states in Al2O3/AlGaN/GaN Structures2017

    • Author(s)
      Shota Kaneki, Zenji Yatabe, Tamotsu Hashizume
    • Organizer
      12th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics (TWHM-2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of temperature dependent frequency dispersion in C-V curves of Al2O3/AlGaN/GaN structures based on the disorder-induced gap-state model2017

    • Author(s)
      M. Matys, S.Kaneki, B. Adamowicz, J. Kuzmik and T. Hashizume
    • Organizer
      12th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics (TWHM-2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transient-mode simulation of MOS C-V characteristics for GaN2017

    • Author(s)
      Koichi Fukuda, Hidehiro Asai, Junichi Hattori, Mitsuaki Shimizu and Tamotsu Hashizume
    • Organizer
      2017 International Conference on Solid-State Devices and Materials (SSDM2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fast Switching Performance by 20 A/730 V AlGaN/GaN MIS-HFET Using AlON Gate Insulator2017

    • Author(s)
      S. Nakazawa, H.-A. Shih, N. Tsurumi, Y. Anda, T. Hatsuda, T. Ueda, M. Nozaki, T. Yamada, T. Hosoi, T. Shimura, H. Watanabe, and T. Hashizume
    • Organizer
      63rd. International Electron devices Meeting (IEDM-2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Al2O3/GaN 構造の界面制御プロセス2017

    • Author(s)
      金木 奨太、西口 賢弥、橋詰 保
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] MOS構造によるGaN表面のICPエッチング誘起欠陥の評価2017

    • Author(s)
      及木 達矢、西口 賢弥、山田 真嗣、桜井 秀樹、上村 隆一郎、長田 大和、加地 徹、橋詰 保
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 光電気化学反応を利用したn-GaN表面層の低損傷エッチング2017

    • Author(s)
      松本 悟、佐藤 威友、成田 哲生、加地 徹、橋詰 保
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 光電気化学(PEC)反応を利用したリセスゲートAlGaN/GaN HEMTの作製2017

    • Author(s)
      植村 圭佑、佐藤 威友、橋詰 保
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Remarks] 北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター

    • URL

      http:// www.rciqe.hokudai.ac.jp

URL: 

Published: 2018-12-17  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi