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2013 Fiscal Year Research-status Report

窒化インジウムアルミニウム混晶表面・界面におけるフェルミ準位ピンニングの制御

Research Project

Project/Area Number 24560022
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

赤澤 正道  北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (30212400)

Keywords窒化インジウムアルミニウム / 窒化物混晶 / 表面 / 界面 / フェルミ準位ピンニング / MIS構造 / 表面不活性化 / 界面制御
Research Abstract

InAlNと絶縁膜との界面におけるフェルミ準位ピンニングの制御について検討した。具体的には、InAlN表面に原子層堆積(ALD)により酸化アルミニウム膜を形成し、さらに金属電極を形成して、金属-絶縁体-半導体(MOS)構造とし、界面の電気的特性の界面形成プロセス依存性について検討した。
InAlNは熱的・化学的には比較的安定であるが、MOS構造作製の際、酸化アルミニウム膜の形成前に、熱処理によりInAlN表面に制御性の悪い酸化が進行した場合には、界面準位が増大し、表面フェルミ準位のピンニングが引き起こされることがわかった。特に、オーミックコンタクト電極作製時には、SiN絶縁膜を表面保護膜としたキャップアニールを行うことが重要であることがわかった。
また、熱処理により絶縁体-半導体界面の界面準位が低減を図ることが多いが、酸化アルミニウム膜は、800 ℃以上の高温において微結晶化し、それによる絶縁特性劣化が引き起こされる。しかし、X線光電子分光法(XPS)による詳細な検討により、酸化アルミニウム膜を2 nm程度の厚さの極薄層とした場合には、850℃の熱処理を行っても、界面における相互拡散や酸化の進行が起こらないことがわかった。これをもとに、本研究においては、まず極薄の酸化アルミニウム膜を形成し、850 ℃で熱処理し、その上にさらにALDにより酸化アルミニウム膜を形成する2段階ALDプロセスにより、絶縁体-半導体界面を形成することにより、良好な界面の特性が得られ、表面フェルミ準位のピンニングが除去されることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画した絶縁体-半導体界面の制御プロセスを実現できた。充分に良好な特性は得られているものの、完全にプロセスを最適化するところまでは達しなかったためやや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

前年度までの研究により積み上げた知見をもとに研究を進める。
平成26年度は金属-半導体界面の研究について計画していたが、研究期間中の調査・研究に基づいて、計画を変更する。
現在のところ、InAlNを通した漏れ電流が大きく、その原因は不明のままであり、ショットキーゲート構造の高電子移動度トランジスタ(HEMT)では、素子の特性制御に限界があることが課題となっている。最近の研究によって、MOSゲート構造の採用により漏れ電流を低減できることがわかり、同構造を利用したMOSHEMTにおいて高い遮断周波数が実現されている。すでに実験を行った結果、MOS構造において電極金属を変えても、むしろ、絶縁体-半導体界面の特性(界面準位や固定電荷)がより大きな影響を与えることがわかった。以上のように、絶縁体-半導体界面の制御方法の確立が求められる社会的背景となったので、計画を変更し、平成26年度も、絶縁体-半導体界面の制御を中心に研究を進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

残額が小額であったので、次年度の予算と合わせて有効に使うために繰り越しとした。
研究に必要な物品の購入に当てる。

  • Research Products

    (10 results)

All 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Interface Investigation of High-Temperature-Annealed Ultrathin-ALD-Al2O3/InAlN Structures2014

    • Author(s)
      M. Akazawa and T. Nakano
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 12 Pages: 83-88

    • DOI

      10.1380

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of interface-state-density distribution near conduction band at interface between atomic-layer-deposited Al2O3 and silicon-doped InAlN2013

    • Author(s)
      M. Akazawa, M. Chiba, and T. Nakano
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 102 Pages: 231605-1-3

    • DOI

      /10.1063/1.4784141

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ALD Al2O3絶縁体層を有するInAlN MOSダイオードの特性に対するアニールの効果2014

    • Author(s)
      千葉 勝仁, 中野 拓真, 赤澤 正道
    • Organizer
      第61回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原)
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] 2段階ALDにより形成されたAl2O3/InAlN界面の特性2014

    • Author(s)
      中野 拓真,千葉 勝仁,小棚木 陽一郎,赤澤 正道
    • Organizer
      第61回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原)
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] ALD-Al2O3を有するInAlN MOS 構造の電気的特性に対する作製プロセスの影響2013

    • Author(s)
      千葉 勝仁,中野 拓真,赤澤 正道
    • Organizer
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学(吹田)
    • Year and Date
      20131128-20131129
  • [Presentation] Investigation of High-Temperature Annealed ALD-Al2O3/InAlN Interface2013

    • Author(s)
      M. Akazawa, T. Nakano, and M. Chiba
    • Organizer
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures in conjunction with 21st International Conference on Scanning Probe Microscopy (ACSIN-12 & ICSPM21)
    • Place of Presentation
      Tsukuba International Congress Center (Japan)
    • Year and Date
      20131104-20131108
  • [Presentation] ALD-Al2O3 絶縁体層を有するInAlN MOS ダイオードの作製手順の検討2013

    • Author(s)
      千葉 勝仁, 中野 拓真, 赤澤 正道
    • Organizer
      第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都)
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] 高温熱処理を挟む2 段階ALD プロセスによるAl2O3/InAlN 界面特性の向上2013

    • Author(s)
      中野 拓真,千葉 勝仁,赤澤 正道
    • Organizer
      第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都)
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] Dependence of ALD-Al2O3/InAlN interface properties on fabrication process2013

    • Author(s)
      T. Nakano, M. Chiba, and M. Akazawa
    • Organizer
      10th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-10)
    • Place of Presentation
      Gaylord National Resort & Convention Center, Washington, DC, (USA)
    • Year and Date
      20130825-20130830
  • [Presentation] Effects of High-Temperature Annealing on Properties of Al2O3/InAlN Interface Formed by Atomic Layer Deposition2013

    • Author(s)
      T. Nakano, M. Chiba, and M. Akazawa
    • Organizer
      2013 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2013)
    • Place of Presentation
      Hilton Fukuoka Sea Hawk (Japan)
    • Year and Date
      20130725-20130727

URL: 

Published: 2015-05-28  

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