2004 Fiscal Year Annual Research Report
窒化ガリウム系超高速・ハイパワートランジスタ構造の表面・界面制御
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14350155
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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) |
本久 順一 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263)
葛西 誠也 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (30312383)
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, 助教授 (30212400)
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| Keywords | 窒化ガリウム / 表面制御 / 界面制御 / ショットキー接合 / ヘテロ構造 / フェルミ準位ピンニング / Al_2O_3 / HFET |
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| Research Abstract |
本研究では、GaN系材料の表面、金属界面、ヘテロ接合界面、保護絶縁膜界面の構造的・化学的特性およびそれらと電気的特性との相関を系統的に評価し、プロセス技術にフィードバックし、絶縁ゲート型およびショットキーゲート型ヘテロ構造電界効果トランジスタ(AlGaN/GaN HFET)の高安定化を実現することを目的としている。本年度に得られた主な成果を以下にまとめる。
(1)種々のデバイス作製プロセス中に、AlGaN表面において顕著な窒素空乏が生じ、伝導帯下端0.3eV付近に、1x10^<12>cm^<-2>以上の高密度のドナー準位が形成される可能性を示した。
(2)この高密度の深いドナー準位を考慮したショットキー接合の電流輸送モデルを提案し、厳密数値計算法を開発した。種々の温度における電流-電圧特性を、数値計算と実験の両面から詳細に検討した。その結果、深いドナー準位のイオン化により薄層化したショットキー障壁がトンネル輸送成分を顕著に増大させ、非常に大きな逆方向漏れ電流の主因となることを明らかにした。
(3)AlGaN/GaNヘテロ構造表面に、PtあるいはPdを用いてショットキー電極を形成し、水素ガス検知動作を確認した。触媒作用により水素ガスが分解され、ショットキー界面に到達した水素原子が電気双極子を形成し、ショットキー障壁を変化させる機構を明らかにした。
(4)AlGaN/GaN HFET構造の二次元ポテンシャル分布計算プログラムを開発し、超薄Al_2O_3ゲートの優れた制御特性を数値計算により確認し、実際に作製したHFETの動作を説明できることがわかった。さらに、このゲート構造を利用することにより、非常に薄いAlGaN障壁層を持つデバイスにおいても、漏れ電流を制御したノーマリオフ型HFETが実現できることを実証した。
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