2011 Fiscal Year Research-status Report
窒化アルミニウム／ダイヤモンドヘテロ接合を用いた革新的電界効果トランジスタ
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23760319
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
井村 将隆 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (80465971)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・電子機器 / 高周波パワーデバイス / 電界効果トランジスタ / III族窒化物半導体 / ダイヤモンド / 窒化アルミニウム / ヘテロ接合 / ヘテロエピタキシャル成長 |
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| Research Abstract |
本研究では、窒化アルミニウム(AlN)とダイヤモンド(Diamond)のヘテロ構造(以下AlN/Diamond構造と記述)を利用し、過酷な環境下で動作可能な高出力・高周波電界効果トランジスタ(FET)の開発を試みている。ここではAlN/Diamond構造を形成するために、AlNをDiamond基板上に有機金属気相成長法を用いてヘテロエピタキシャル成長させた。成長用Diamond基板には，ウルツ鉱構造のAlNと同じ六回対称構造を有す(111)面を用いた。また基板表面には、酸素終端構造を形成させており、不純物が1 ppm以下のIIa型を用いた。Al原料としてトリメチルアルミニウム、N原料としてアンモニアを使用し、水素とアンモニアの混合雰囲気にて熱処理(1250 ℃)を行った後、AlNを成長させている。また本FETデバイスは、pチャネルのノーマリーオンモード特性を有している。平成23年度では、AlN/Diamond構造界面に自発的に蓄積した正孔チャネルの生成起源を調査した。Van der Pauw法 (ホール効果測定) を用い、水素とアンモニアの混合雰囲気にて熱処理を行った後のDiamond表面のキャリアの有無を調査した。その結果、AlN成長前に既に正孔キャリアが存在していることが明らかとなった。またデバイスはノーマリーオン動作を呈していることから、AlNはこのキャリアの保護膜として機能していることが推測できる。続いてX線光電子分光法によりこの表面の化学結合状態を評価した。その結果、窒素N 1s(400.0±0.5 eV)に起因したピークの確認が取れており、これは炭素-窒素(C-N)化学結合が表面に形成されていることを示唆していた。つまりこのC-N化学結合が、正孔キャリア誘発の要因の一つであり、同時にAlN成長初期時に必要なAl-N化学結合の生成にも深い関係があると考えられる。
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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
平成23年度では、主研究目的であるAlN/Diamondヘテロ構造界面に自発的に蓄積した正孔チャネルの生成起源の解明を行った。Van der Pauw法 (ホール効果測定) 及びX線光電子分光法を用いて評価した結果、チャネル生成起源がDiamond表面の炭素-窒素(C-N)・炭素-水素・及びその複合化学結合種に起因している可能性が高いことが明らかとなり、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度では、成長条件やデバイスプロセス条件が、この正孔チャネルに与える影響について評価し、本電界効果トランジスタ(FET)デバイスの高性能化を図る。また同時に FET静特性を大電流・超高速・高電耐圧・高温動作の観点から評価し、当該分野での実用化の道筋を開拓する。同時に新機能デバイスの可能性を探る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
震災の影響もあり、平成23年度に計画していた、有機金属気相成長装置の改造が大幅に遅れ、繰越金額が出てしまった。そのため、平成24年度研究費の大半をこの装置改造に充てる予定である。
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Development of AlN/diamond heterojunction field effect transistors2012
Author(s)
M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, T. Nagata, M. Y. Liao, Y. Koide, J. Yamamoto, K. Ban, M. Iwaya, and H. Amano
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Journal Title
Diamond and Related Materials
Volume: 5
Pages: 206-209
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Development of Diamond Field Effect Transistors by AlN / Diamond Heterostructure2011
Author(s)
M. Imura, R. Hayakawa, H. Ohsato, E. Watanabe, D. Tsuya, M. Y. Liao, Y. Koide, and H. Amano
Organizer
22nd European Conference on Diamond, Diamond-like Materials, Carbon Nanotubes and Nitrides (Diamond2011)
Place of Presentation
Garmisch - Partenkirchen,Bavaria,German
Year and Date
2011 – 0907
