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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Highly reliable GaN power device fabricated using supercritical water

Research Project

Project/Area Number 16H04332
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

浦岡 行治  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (20314536)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsパワーデバイス / 窒化ガリウム / 超臨界水
Outline of Annual Research Achievements

縦型GaNデバイス実現のためには、界面制御技術の確立が重要な課題となっている。そこで本研究では、400度程度の低温処理として高圧水蒸気処理(High-Pressure-Water-Vapor-Annealing, HPWVA)に着目した。水の臨界点付近の気相においてはラジカル反応が主体的となり、熱分解、再結合、脱水縮合、脱炭酸等の各反応が進行する。本研究ではSiO2/n-GaN縦型MOS構造に対してHPWVAの効果を検討した。
MOSキャパシタの作製にはn-GaNホモエピタキシャル層(4 μm)を有するGaN自立基板を用いた。初めにn-GaN上にTEOSおよびO2を用いたプラズマCVD法によりSiO2を300度で約100 nm堆積した。絶縁膜堆積後に熱処理としてのHPWVA(400度、0.5 MPa、30 min)を行った。次に、上部および裏面電極を形成した。最後にフォーミングガスアニールを行いAl/SiO2/n-GaN 縦型MOSキャパシタを作製した。また比較のため熱処理無し(as-depo.)試料およびO2 anneal試料も同様に作製した。
MOSキャパシタの電流密度対電界強度特性を測定した。as-depo.試料の絶縁破壊電界は9.3 MV/cm、O2 anneal試料では9.9 MV/cmを示したのに対して、HPWVA試料では11.0 MV/cmが得られ、as-depo.試料と比較し約2 MV/ cm 向上した。電荷伝導機構解析の結果、as-depo.試料では酸素欠損によるTrap-assisted Tunnelingであったが、HPWVAを行うことで理想的なFowler-Nordheim Tunnelingとなった。このことからHPWVAにより膜中に酸素が拡散し、酸素欠損を補填することで再酸化され特性が改善したと考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では超臨界水処理によるSiO2/n-GaN 縦型MOS構造に対する効果を検討するためにas-depo.、O2 anneal、高圧水蒸気処理を施したAl/SiO2/n-GaN 縦型MOSキャパシタを作製し、電気的特性評価を行った。電圧電流特性評価より、HPWVAは高い絶縁破壊電界およびリーク電流の抑制、またトラップ凖位の改善を実現した。また容量電圧特性から、HPWVAはSiO2/n-GaN界面における窒素空孔由来の欠陥準位を酸素で不活性化し、約一桁のDit減少に効果があることが明らかになった。さらの超臨界水処理の設計を行い、納品され、性能評価を行っている。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、超臨界水処理を縦型MOS構造に対して行い、その効果を確認する予定である。電流電圧特性や容量電圧特性から、その効果を検証し、さらに絶縁膜と半導体界面の電子物性を光電子分光特性評価から、明らかにし、その劣化モデルを立案する。

  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Self-heating induced instability of oxide thin film transistors under dynamic stress2016

    • Author(s)
      Kahori Kise, M. Fujii, S.Urakawa, H.Yamzaki, E. Kawashima, S. Tomai, K.Yano, D. Wang, M.Furuta, Y.Ishikawa, Y.Uraoka
    • Journal Title

      Applied Physics Lettes

      Volume: 108 Pages: 02501-1,02501-4

    • DOI

      10.1063/1.4939861

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of excimer laser annealing on a-IngaZnO thin-film transistors passivated by solution-processed hybrid passivation layers2016

    • Author(s)
      J. P. Bermundo, Y.ishikawa, M.N.Fujii, T.Nonaka, R. Ishikawa, H. Ikenoue and Y.Uraoka
    • Journal Title

      J. Phys. D. Appl. Phys.

      Volume: 49 Pages: 035102,035109

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/3/035102

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Fabarication and characterization of a CNT forest integratd micromechanical resonatr for rarfield gas analyzer ina medium vacuum atmosphere2016

    • Author(s)
      Koji Sugano, Ryu Matsumoto, Ryota Tsutsui, Hiroyuki Kishihara, Naoki Matsuzaka, Ihciro Ymashita, Yukiharu Uraoka and Yoshitada Isono
    • Journal Title

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      Volume: 26 Pages: 075010,075018

    • DOI

      10.1088/0960-1317/26/7/075010

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Fabrication of perovskite solar cells using sputter processed perovskite films2017

    • Author(s)
      來福至、石河泰明、Tiphaine Bourgeteau、伊藤省吾、Yvan Bonnassieux、Pere Roca I Cabarrocas、浦岡行治
    • Organizer
      Asia Pacific Hybrid and Organic Photovoltaics Conference
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-02-03 – 2017-02-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal analysis and device simulation of heat suppressed structure for oxide thin-film transistor2016

    • Author(s)
      木瀬香保利、藤井 茉美、Juan Paolo Bermondo、石河 泰明、浦岡行治
    • Organizer
      The 23rd International Display Workshops
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-12-07 – 2016-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of High Mobility Oxide Thin-Film Transistors after a Low Temperature Annealing Process2016

    • Author(s)
      Juan Paolo Bermundo、Yasuaki Ishikawa、Mami N. Fujii、Chaiyanan Kulchaisit、Hiroshi Ikenoue、Yukuharu Uraoka
    • Organizer
      The 23rd International Display Workshops
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-12-07 – 2016-12-09
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sheet Resistance Reduction of a-IGZO by Oxygen Vacancy Control using Low Temperature Excimer Laser Irradiation2016

    • Author(s)
      Juan Paolo Bermundo、Yasuaki Ishikawa、Mami N. FujiiHiroshi Ikenoue、Yukuharu Uraoka
    • Organizer
      2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control of the interface and the film quality of SiO2 / GaN MOS by high pressure water vapor annealing2016

    • Author(s)
      Yuta Tominaga、Katsunori Ueno、Koji Yoshitsugu、Uenuma Mutsunori、Yuta Fujimoto、Yasuaki Ishikawa、Yukiharu Uraoka
    • Organizer
      2016 International Workshop on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Orlando, FL USA
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of oxygen plasma damage introduced at Al2O3/GaN interface during atomic layer deposition process2016

    • Author(s)
      Yuta Fujimoto、Katsunori Ueno、Koji Yoshitsugu、Masahiro Horita,Uenuma Mutsunori、Yasuaki Ishikawa、Yukiharu Uraoka
    • Organizer
      2016 International Workshop on Nitride Semiconductors
    • Place of Presentation
      Orlando, FL USA
    • Year and Date
      2016-10-02 – 2016-10-06
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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