2020 Fiscal Year Research-status Report
Global Investigation of Electrical Damage Introduced into p-GaN Films by Plasma Ion Bombardments
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19K04497
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
中野 由崇 中部大学, 工学部, 教授 (60394722)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | p型GaN / 電気的ダメージ / プラズマイオン / CF4 / 欠陥準位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はノーマリーオフ動作可能な縦型パワーデバイスの実現にとって極めて重要なp型GaNへのプラズマイオンの物理的衝撃に焦点を絞り、生成される電気的ダメージの生成挙動を定量的に検討している。2020年度は化学反応性の高いCF4プラズマイオンを直流グロー放電により照射したMgドープp型GaN(GaN:Mg)膜にショットキーダイオードを作製し、深いエネルギー準位を有するMgアクセプターが十分に追随可能な周波数1kHzで静電容量-電圧(C-V)測定と光容量過渡分光(SSPC)測定を行い、Mgの有効アクセプター濃度|Na-Nd|の膜厚深さ方向分布と生成欠陥準位のエネルギー状態密度分布を評価し、CF4プラズマイオン照射により導入される電気的ダメージの生成挙動を前年度実施したArプラズマイオン照射と比較検討した。
CF4プラズマイオン照射によりMgの有効アクセプター濃度は膜厚に対してフラットな濃度分布のまま内方拡散していることが分かった。Arプラズマイオンの場合に見られたピーキーな濃度分布とは大きく異なっていた。また、Arプラズマイオン照射に見られた特徴的な2つの欠陥準位(価電子帯上～2.0eV,～3.2eV)は見られず、未処理サンプルの欠陥準位濃度よりも1桁程度は濃度低減していることが分かった。おそらく、プラズマイオンの物理的衝撃により生成したGa空孔やN空孔は、Fイオンの表面吸着により膜表面で強く終端されるため、膜内部へのGa空孔関連の欠陥準位の内方拡散が抑制されるが、膜内部に元々あったGa空孔関連の欠陥準位を介して、Mgアクセプターは内方拡散していると推定される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度は化学反応性の高いCF4プラズマイオン照射によりp型GaNに導入される電気的ダメージの生成挙動をMgの有効アクセプター濃度の膜厚深さ方向分布と欠陥準位のエネルギー状態密度分布の両面から定量的に検討した。実験データは順調に取得できたが、Arプラズマイオン照射と比較すると、電気的ダメージの生成挙動が大きく異なり、データ解釈が少し難航している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで化学的に安定なArと等方性エッチングガスであるCF4を用いたプラズマイオン照射によりp型GaNに導入される電気的ダメージ特性を一通り評価し、両者では欠陥準位の生成挙動が大きく異なることが分かった。一方で、どちらの場合もMgアクセプターの内方拡散が明確に見られた。今後はMgアクセプターの内方拡散の駆動源を明確にする目的で、Arプラズマイオン照射時に外部から紫外線を照射し、Mgアクセプターの膜厚深さ方向分布の紫外線照射強度依存性を定量的に検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により、参加を予定していた国際会議での研究発表を中止した。また、2インチp型GaNエピウエハの購入は次年度に延期した。研究発表と論文については、次年度で実施する紫外線照射強度依存性を明確にした上で、実験データを纏めて発表する予定である。
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