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2016 Fiscal Year Research-status Report

Si基板上AlGaN/GaNヘテロ構造の欠陥準位とスイッチング特性の相関解明

Research Project

Project/Area Number 16K06276
Research InstitutionChubu University

Principal Investigator

中野 由崇  中部大学, 工学部, 教授 (60394722)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
KeywordsAlGaN/GaNヘテロ構造 / Si基板 / 炭素ドーピング / 欠陥準位 / スイッチング特性 / 炭素アクセプター
Outline of Annual Research Achievements

Si基板上にMOCVD結晶成長したAlGaN/GaNヘテロ構造は低コスト化・大面積化に適しており、その2次元電子ガスの特徴を生かして次世代高周波パワーデバイス用基板として研究・開発が進められている。その際、GaNバッファ層の縦方向リーク電流を低減する目的で、炭素ドーピングによる高抵抗化を行っている。一方で、炭素ドーピングを積極的に行うことで炭素関連の欠陥準位が生成しバルク起因の電流コラプス現象を誘発することが危惧される。本年度は、Si(111)基板上に炭素ドーピングを積極的に行った3水準のAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造をMOCVD法で作製し、プレーナー型ショットキーダイオード構造にてオフストレス電圧印加後のターンオン容量回復特性評価と光容量過渡分光法による欠陥準位評価を行い、両者の相関を詳細に検討した。その結果、炭素ドーピング量が多い程、ターンオン回復特性が明らかに遅くなることを確認した。また、光容量過渡分光測定から、炭素ドーピング量が多い程、伝導帯下2.75eVと3.25eVに存在する2種類の炭素関連の欠陥準位濃度が大きく増加することを確認した。更に、それぞれの欠陥準位の光吸収エネルギーに対応する光照射下でのターンオン容量回復特性評価から、GaN:Cバッファ層中に存在する3.25eVの炭素アクセプター準位がターンオン回復特性を支配していることを確認した。これらの実験結果から、炭素ドーピングを積極的に行ったAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造では、絶縁体化したGaN:Cバッファ層の上下端がオフ状態で正負に帯電化し、ターンオン時にGaN:Cバッファ層下端の負電荷が中和されにくくなっていることが示唆される。その主原因として、GaN:Cバッファ層に存在する深い炭素アクセプター準位でのホール生成速度の遅さに起因すると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

実験は計画通り順調に進んでいるが、研究成果の論文発表が少し遅れている。

Strategy for Future Research Activity

Si基板上にMOCVD法を用いて窒化物バッファ層を介して作製した典型的なAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造における炭素関連欠陥準位とスイッチング特性の相関については現象論的にはほぼ明らかにすることができた。そのメカニズムとして、GaN:Cバッファ層の絶縁体化と帯電状態の電荷中和モデルを考案しているが、今後は更なる詳細な実験条件をパラメーターとして実験を行い考案モデルを検証する予定である。また、次のステップとして、Si及び窒化物との格子整合性の良い3C-SiC層をガスソースMBE法でSi基板上にヘテロエピタキシャル成長し、その上に窒化物バッファ層を介してAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造をMOCVD法で作製し、ヘテロ構造の結晶性の向上を図ることで炭素ドーピングしてもオフストレス電圧印加後のターンオン回復特性を改善できる方策の検討を進める予定である。

Causes of Carryover

本研究では使用するSi基板上AlGaN/GaNヘテロ構造ウエハはウエハメーカーに特別仕様で外注作製しているが、外注先の製造設備不良のため、一部のウエハは発注・入手できなかった。また、研究成果を国際会議で発表する予定であったが、都合が合わず延期した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に特別仕様のSi基板上AlGaN/GaNヘテロ構造ウエハを外注する予定である。また、研究成果を国際会議で発表する予定で研究計画を進めている。

  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Deep-level defects related to the emissive pits in thick InGaN films on GaN template and bulk substrates2017

    • Author(s)
      Masatomo Sumiya, Naoki Toyomitsu, Yoshitaka Nakano, Jianyu Wang, Yoshitomo Harada, Liwen Sang, Takashi Sekiguchi, Tomohiro Yamaguchi, Tohru Honda
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 5 Pages: 016105 1-8

    • DOI

      10.1063/1.4974935

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] AlGaN surfaces etched by CF4 plasma with and without the assistance of near-ultraviolet irradiation2017

    • Author(s)
      Retsuo Kawakami, Masahito Niibe, Yoshitaka Nakano, Takashi Mukai
    • Journal Title

      Vacuum

      Volume: 136 Pages: 28-35

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2016.11.016

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical Damage Introduced into n -GaN Films by CF4 Plasma Treatments2017

    • Author(s)
      Yoshitaka Nakano
    • Organizer
      9th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • Place of Presentation
      中部大学 (愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2017-03-01 – 2017-03-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 炭素ドープしたSi基板上AlGaN/GaNヘテロ構造の容量回復特性2016

    • Author(s)
      近松晃仁、中野由崇
    • Organizer
      2016年真空・表面科学合同講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-11-29 – 2016-12-01
  • [Presentation] CF4プラズマ処理したn-GaN膜の電気的ダメージ2016

    • Author(s)
      中野由崇、新部正人、川上烈生
    • Organizer
      2016年真空・表面科学合同講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場 (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-11-29 – 2016-12-01
  • [Presentation] Si基板上AlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造のターンオン容量回復特性2016

    • Author(s)
      中野由崇、近松晃仁
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] ガスソースMBE法により作製した3C-SiC(111)自立基板の電気的評価2016

    • Author(s)
      中野由崇、浅村英俊、大内澄人、生川満久、稲垣徹、川村啓介
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Remarks] 中部大学 教員情報

    • URL

      http://www.chubu.ac.jp/about/faculty/profile/18fda985f369f45f4e48e0e57ab46fa441142616.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

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