2019 Fiscal Year Research-status Report
Two-dimensional characterization of an initial stage of the degradation of metal/semiconductor interfaces by using scanning internal photoemission microscopy with near-ultra-violet light
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18K04228
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
塩島 謙次 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (70432151)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 明弘 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (10251985)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ショットキー電極 / 界面顕微光応答法 / GaN / 表面損傷 / 信頼性評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では我々が独自に開発した金属／半導体界面の2次元評価法（界面顕微光応答法）をワイドバンドギャップ半導体上に形成した電極の劣化機構の解明に適応できることの実証が目的である。これまでは可視光光源を用いて電極界面のみの情報を得ていたが、今回は半導体のエネルギーバンドギャップよりやや小さな光子エネルギーをもつ近紫外光を用いることにより空乏層中の情報もあわせて評価出来ることを提案している。
本年度は3種類のGaN上に形成した電極の評価を行った。(1)ファセット成長GaN基板を用いた実験では、顕微鏡では観察できない欠陥集中部を近紫外光を用いることで可視化し、この部分から高電圧印加で劣化が発生することを明らかにした。(2)印刷法により軽視したAg電極のGaN表面への密着性を可視化した。(3)ウエットエッチングしたGaN表面を評価し、ダメージレスの状態でも表面状態の変化を捉えることができた。これらの結果は本研究課題が提案した界面顕微光応答法の有効性を実証したものである。
研究成果の論文化においては、α-Ga2O3上Ni電極の熱劣化機構の解明、電極Ni/GaN電極へ電圧印加での劣化過程の評価、及びGaN表面への中性ビーム粒子照射の損傷評価の3本が採択された。
グラフェン上でのGaN成長については、多機能2次元構造（MF2DS）グラフェンを用いるとa-軸及びc-軸からの回折ピークの半値半幅がともに約300arcsecの低い値を示した。また、成長層からのラマン散乱スペクトルにおけるGaNモードのピークシフトがごく僅かであることから界面応力が低減されていることが明らかになった。以上の結果は、結晶軸の方位制御及び界面応力の低減において、MF2DS上のGaN成長がRF-MBE法を用いた場合のみでなく、MOCVD法を用いた場合においても有効であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度ははじめに、電気回路の工夫により試料に-300 Vまでに電圧を印加しながら測定が行えるよう装置系を実現した。さらに、測定速度を2倍にする改良も行い、測定の効率化を図った。
ファセット成長GaN基板を用いた結果は、GaN中欠陥と信頼性との相関を明らかにしたものとして評価され、窒化物半導体の国際会議（ICNS-13）、Ag印刷電極の結果も半導体材料、デバイスの国際会（SSDM2019）でオーラル発表として採択された。
これまでの本手法を用いた研究成果が評価され、IEEE主催の国際会議で招待講演、招待論文の栄誉を得た。更に、応用物理学会シンポジウム、セミナー、及び電子情報通信学会研究会でも招待講演の栄誉を得た。
このように本年度の成果は本研究課題の主要な部分を実証するものであり、十分な進捗があったものだと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度はダメージレスでウエットエッチングしたGaN表面の評価を進める。単層n-GaNに3種類の異なる溶媒を用いてウエットエッチングした試料で表面組成への影響を評価する。さらに、AlGaN/GaN HEMT構造においても同様な実験を行い、デバイス特性への影響を明らかにしたい。本手法の表面敏感性が実証出来ることが期待される。
また、共同研究者である福井大学・橋本明弘教授が遂行している、グラフェン上に高品質なGaN結晶を成長する実験が成功し、電極形成を行い評価を進める所存である。
対外活動においては化合物半導体国際会議（CSW2020＠ストックホルム）、窒化物半導体交際会議(IWN2020＠ベルリン）、SSDM2020＠富山,応用物理学会への投稿を計画している。学会委員としてSSDM2020 の会議の参加、運営に携わる。これらの活動を通して本研究の成果を国内外にアピールする所存である。
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| Causes of Carryover |
2020年3月開催予定の応用物理学会への出張が中止となったため、旅費の支出がなくなった。この旅費は次年度の動画回出使用する予定である。
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[Book] Semiconductor Process Integration 112019
Author(s)
J. Murota, C. Claeys, H. Iwai, M. Tao, S. Deleonibus, A. Mai, K. Shiojima, Y. Cao
Total Pages
233
Publisher
The Electrochemical Society, 65 South Main Street, New Jersey, USA
ISBN
978-1-62332-582-4
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