窒化ガリウムに対する絶縁ゲート構造の形成と界面特性評価に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650309
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 橋詰 保 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (80149898)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤倉 序章 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70271640) ; 兼城 千波 神奈川工科大学, 工学部, 助手 (30318993) ; 本久 順一 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263) ; 武山 真弓 北見工業大学, 工学部, 助教授 (80236512)
• Keywords: GaN / 表面制御 / 界面制御 / MIS接合 / フェルミ準位ピンニング / 表面処理 / 自然酸化膜 / ECRプラズマ

Research Abstract

本研究では、高出力・高温動作電子デバイスへの応用をはかるために、GaN金属/絶縁体/半導体(MIS)界面特性の詳細な評価を行い、MISゲート作製プロセス確立のための基礎的知見を得ることを目的とする。今年度得られた主な成果を以下にまとめる。
(1)MIS接合形成前の表面処理法を確立することを目的として、種々のプロセス後のGaN表面を詳細に評価した。その結果、(a)大気に曝したGaN表面にGa酸化物を主成分とする自然酸化膜が存在すること、(b)900℃以上の高温領域でGaN表面の酸化過程が進行すること、(c)HCl/HF混合溶液あるいはアンモニア溶液による表面処理が自然酸化膜の除去に効果が大きいこと、を明らかにした。
(2)アンモニア処理と窒素プラズマ処理および水素プラズマ処理を組み合わせた表面処理プロセスを開発し、そのGaN表面にECRプラズマCVD法によりSiNx膜を堆積したMIS構造では、界面準位密度が10^<10>cm^<-2>eV^<-1>台まで低減し、良好な特性の絶縁体/半導体界面が実現できることを示した。また、詳細なXPS測定により、このSiNx/GaN構造は、タイプIのバンドラインナップを持つことを明らかにした。
(3)MOCVD成長で形成したAlN/GaN構造の界面特性をC-V法により詳細に評価し,この構造においても、界面準位密度が10^<10>cm^<-2>eV^<-1>台まで低減できることを示した。

Research Products

• [Publications] H.Hasegawa: "Properties of Metal-Semiconductor Interfaces Formed on n-type GaN"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2634-2639 (1999)
• [Publications] H.Takahishi: "XPS and UHV contactless characterization of novel oxide-free InP passivation process using silicon surface quantum well"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 1128-1132 (1999)
• [Publications] M.B.Takeyama: "Interfacial Reaction and Electrial properties in the sputter-deposited Al/Ti ohmic contact to n-InP"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 253-257 (1999)
• [Publications] Y.Koyama: "Formation Processes and Properties of Schottky and Ohmic Contacts on n-type GaN for Field Effect Transistor Applications"Solid-State Electron. 43. 1483-1488 (1999)
• [Publications] T.Hashizume: "Nitridation of GaP (001) surface by electron-cyclotron-resonance assisted N_2 Plasma"Applied Physics Letters. 75. 615-617 (1999)
• [Publications] T.Hashizume: "A novel surface passivation structure for III-V compound semiconductors utilizing a silicon interface control layer and its application"Materials Research Society Proceedings. 573. 45-56 (1999)
• [Publications] R.Nakasaki: "Insulator-GaN Interface Structures Formed by Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition"Physica E. (in press). (2000)
• [Publications] S.Ootomo: "Characterization of nitrided GaP (100) surfaces prepared by nitrogen plasma and radicals"Japanese Journal of Applied Physics. 39(in press). (2000)
• [Publications] M.Yamada: "Fabrication and characterization of novel oxide-free InP MISFETs having an ultra-narrow Si surface quantum well"Japanese Journal of Applied Physics. 39(in press). (2000)
• [Publications] S.Anantathanasarn: "Passivation effects of nitrided GaAs surafce using nitrogen radical irradiation"Appl.Sur.Sci. (in press). (2000)