2018 Fiscal Year Annual Research Report
Crystal Growth of N-polar Nitride Semiconductor Heterostructures with Two-Dimensional Electron Gas
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16H03857
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松岡 隆志 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40393730)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花田 貴 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80211481)
谷川 智之 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (90633537)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 極性 / 高電子移動度トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物半導体では、c軸方向に分極電界が存在し、その方向は極性に依存し、素子特性に大きく影響する。通常用いられるGa極成長と逆のN極性成長を用いると、高電子移動度トランジスタ（HEMT）において構造を反転でき（逆HEMT構造）、低いon抵抗とnormally-off動作を期待できる。研究目的は、N極性成長の成長機構を解明しつつ高品質結晶を得ること、逆HEMT構造の成長とその2次元電子ガス発生の確認である。
N極性成長GaNでは、炭素と酸素の取り込みが多いと言われるが、水素と窒素からなる原料供給用キャリアガスの水素割合の増大によって炭素取り込みを減少できた。水素と炭素との反応によってメタンが生成し、成長雰囲気から炭素が取り除かれるためである。酸素の取り込み低減には、窒素原料であるアンモニアとGa原料の供給比V/IIIの増大によって実現した。多量の窒素原料の供給によって、窒素空孔密度を低減できるためである。上記成長技術を用いてN極性GaN/GaAlN/GaN構造の逆HEMTをサファイア基板上に作製した。GaAlN層として、クラックのないAl組成0.32と膜厚25nmを成長した。2次元電子ガスの濃度1.75 × 1013 cm2/V・sと移動度1124 cm2/V・sを得た。この値は、通常のGaAlN/GaN構造からなるGa極性HEMTと同程度である。ゲート電極構造には、ゲートリーク電流低減のため、金属-絶縁物-半導体（MIS）構造を採用した。サファイア基板の表面をｃ面から0.8°傾けることによって、ステップバンチングを大幅に低減でき、結晶方位に依らない均一な三極管特性を得た。さらに、ピンチ・オフ動作も確認できた。
本件研究において得た結果は、窒化物半導体のMOVPE成長において新しい展開を可能にし、ひいては、窒化物半導体分野の今後の発展につながる。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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