III族窒化物半導体中の不純物準位評価

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650017
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 奥村 次徳 東京都立大学, 工学研究科, 教授 (00117699)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 成志 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (70336519) ; 須原 理彦 東京都立大学, 工学研究科, 助教授 (80251635)
• Keywords: 窒化ガリウム / 等温過渡容量分光法 / 光容量分光法 / III族窒化物半導体 / ショットキーダイトード / 不純物準位

Research Abstract

III族窒化物半導体は,短波長発光デバイス,パワーデバイス,高周波デバイスの材料とし注目されているが,デバイス性能だけではなく,低抵抗オーミツク電極の形成においても直接影響を与える不純物ドーピングや深い準位の理解は決して充分とはいえない.本研究では,III族窒化物半導体,特に窒化ガリウム(GaN)中の不純物準位を正しく評価し,電気的・光学的性質との関係を明らかにすることを目的として研究を進めた.
GaN薄膜は有機金属気相法により絶縁体であるサファイア基板上に成長したものであるため,評価用素子構造としてはプレーナ型のショットキーダイオードを適用し,高性能ショットキーダイオードの作製プロセスを確立した.また,電極材料が異なると作製プロセスの違いによる影響が無視できなくなるため,n型およびp型GaNの両方で良好なショットキー接触が得られるNiを電極材料として用いた.GaN中の深い準位を評価するため,数百℃の高温で過渡容量分光測定が行える装置を試作した.これにより,数時間から数日間にわたって観測される非常に長い容量変化を比較的短時間で観測でき,等温過渡容量解析により深い準位の評価が可能となった.ノンドープおよびSiドープGaNショットキーダイオードの室温における光容量分光測定では,照射光エネルギーが約2-2.5eV付近での容量変化が大きいことが分かった.これはGaNにみられるイエロールミネッセンスに関係する深い準位からのキャリアの放出によるものであることを強く示唆する.また,GaNのバンドギャップエネルギー付近の約3.3eV付近にも大きな容量変化が観測された.これらのエネルギー準位について,測定温度を室温から200℃まで変化させて等温容量過渡分光測定を行った結果,ノンドープおよびSiドープGaNにおいては正孔トラップ型の深い準位が存在することが明らかになった.

Research Products

• [Publications] 中村成志, 豊田泰弘, 劉沛, 須原理彦, 奥村次徳: "過渡容量分光法によるGaN中の深い準位評価"平成15年度春季第50回応用物理学関係連合会講演会講演予稿集. (印刷中). (2003)
• [Publications] S.Nakamura, P.Liu, M.Suhara, T.Okumura: "Transient capacitance characterization of deep levels in undoped and Si-doped GaN"2003 MRS spring meeting proceedings. (印刷中). (2003)