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超臨界水を活用したGaNパワー素子の高信頼性化技術

研究課題

研究課題/領域番号 16H04332
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

浦岡 行治  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20314536)

連携研究者 石河 泰明  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (70581130)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2017年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2016年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
キーワード窒化ガリウム / パワー半導体 / 高圧水蒸気処理 / 高信頼性 / MOS接合 / パワーデバイス / 超臨界水 / 界面準位 / ゲート絶縁膜 / 半導体 / MOS / HEMT / 半導体物理
研究成果の概要

SiO2/GaN界面における物性評価から高圧水蒸気処理の反応機構の検討を行った。その結果,SiO2膜中ではHPWVAにより膜中の酸素原子が高温高圧水蒸気中の酸素原子に置換され,Si-O-Si結合の歪みが緩和されることが明らかになった。これらの反応が酸素空孔の補填や歪みに起因するトラップを低減すると考えられる。SiO2/GaN界面では界面まで到達した高温高圧水蒸中の酸素原子が窒素空孔やGaの未結合手を補填することで界面欠陥を不活性化している可能性を示した。高圧水蒸気処理のような高圧状態では他の熱処理より拡散速度が上がるため,低温での絶縁膜/半導体界面の酸素欠損の改質に高圧水蒸気処理は有効である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年,Siに代わるパワー半導体材料として窒化ガリウム(GaN)が期待されている。Siと比較すると,GaNのバンドギャップは約3倍,絶縁破壊電界は約10倍であり,高出力,高耐圧化が可能である。GaN MOS構造の問題点として絶縁膜/半導体界面に存在する電荷トラップが挙げられる。これまでの研究でSiO2/GaN MOS構造において,絶縁膜堆積後の熱処理として高温高圧の水蒸気を用いた高圧水蒸気処理を施すことで電気特性が改善することが明らかになっている。しかしながら,その反応機構は未だに明らかになっていない。そこで本研究では,物性評価からSiO2/GaN界面での高圧水蒸気処理の反応機構を明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 19件)

  • [雑誌論文] On the presence of Ga2O sub-oxide in high-pressure water vapor annealed AlGaN surface by combined XPS and first-principle methods2019

    • 著者名/発表者名
      Mary Clare, Joel T. Asubar, Zenji Yatabe, Melanie Y. David, Mutsunori Uenuma, Hirokuni Tokuda, Yukiharu Uraoka, Masaaki Kuzuhara, and Masahiko Tani
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 481 ページ: 1120-1126

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2019.03.196

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physical and electrical properties of ALD-Al2O3/GaN MOS capacitor annealed with high pressure water vapor2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Fujimoto, Mutsunori Uenuma, Tsubasa Nakamura, Masaaki Furukawa, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: 4 ページ: 40902-40902

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab09a2

    • NAID

      210000135492

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of carbon impurity and oxygen vacancies in Al2O3 film on Al2O3/GaN MOS capacitor characteristics2018

    • 著者名/発表者名
      Mutsunori Uenuma, Kiyoshi Takahashi, Sho Sonehara, Yuta Tominaga, Yuta Fujimoto, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 雑誌名

      AIP ADVANCES

      巻: 8 号: 10 ページ: 05103-05103

    • DOI

      10.1063/1.5041501

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of InGaZnO nanowires vis a Mo/Au catalyst from amorphous thin film2017

    • 著者名/発表者名
      Jenichi Clairvaux, Mustunori Uenuma, Daiki Senaha, Yasuaki Ishikawa, Yukiharu Uraoka
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 111 号: 3 ページ: 033104-033104

    • DOI

      10.1063/1.4993745

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] One-dimensionl arrangement of nanoparticles utilizing the V-grooved and cage shaped Proteins2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ban, M. Uenuma, S. Migita, N. Okamoto, Y.Ishikawa, Y.Uraoka, I. Yamashita and S. Yamamoto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 6S1 ページ: 06GG11-06GG11

    • DOI

      10.7567/jjap.56.06gg11

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of charge effects of ultrafine channel utilizing junctionless transistor with nanodot-type floating gate2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ban, S. Migita, M. Uenuma, N. Okamoto, Y.Ishikawa, Y.Uraoka, I. Yamashita, S. Yamamoto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 3S ページ: 03BB05-03BB05

    • DOI

      10.7567/jjap.56.03bb05

    • NAID

      210000147501

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution-derived SiO2 gate insulator formed by Co2 laser annealing for polycrystalline silicon thin-film transistors2017

    • 著者名/発表者名
      D.Hishitani, M. Horita, Y.Ishikawa, H.Ikenoue, and Y.Uraoka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 5 ページ: 056503-056503

    • DOI

      10.7567/jjap.56.056503

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charcteristics of Perovskite Solar Cells under Low-Illuminance Condition2017

    • 著者名/発表者名
      I.Raifuku, Y.Ishikawa, S.Ito, and Y.Uraoka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 号: 34 ページ: 18986-18990

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b05298

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical analysis of monocrystalline silicon solar dells with fine nanoimprinted texture surface2017

    • 著者名/発表者名
      S.Yoshinaga, Y.Ishikawa, S.Araki, T.Honda, Y. Jiang, and Y.Uraoka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 2 ページ: 022301-022301

    • DOI

      10.7567/jjap.56.022301

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] "H and Au diffusion in high mobility a-InGaZnO thin-film transistors via low temperature KrF excimer laser annealing"2017

    • 著者名/発表者名
      Juan Paolo S. Bermundo, Yasuaki Ishikawa, Mami N. Fujii, Hiroshi Ikenoue, and Yukiharu Uraoka
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 107 号: 13 ページ: 33504-33504

    • DOI

      10.1063/1.4979319

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-heating induced instability of oxide thin film transistors under dynamic stress2016

    • 著者名/発表者名
      Kahori Kise, Mami N. Fujii, Satoshi Urakawa, Haruka Yamazaki, Emi Kawashima, Shigekazu Tomai, Koki Yano, Dapeng Wang, Mamoru Furuta, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 108 号: 2 ページ: 023501-023501

    • DOI

      10.1063/1.4939861

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of excimer laser annealing on a-IngaZnO thin-film transistors passivated by solution-processed hybrid passivation layers2016

    • 著者名/発表者名
      J. P. Bermundo, Y.ishikawa, M.N.Fujii, T.Nonaka, R. Ishikawa, H. Ikenoue and Y.Uraoka
    • 雑誌名

      J. Phys. D. Appl. Phys.

      巻: 49 号: 3 ページ: 035102-035109

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/3/035102

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabarication and characterization of a CNT forest integratd micromechanical resonatr for rarfield gas analyzer ina medium vacuum atmosphere2016

    • 著者名/発表者名
      Koji Sugano, Ryu Matsumoto, Ryota Tsutsui, Hiroyuki Kishihara, Naoki Matsuzaka, Ihciro Ymashita, Yukiharu Uraoka and Yoshitada Isono
    • 雑誌名

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      巻: 26 号: 7 ページ: 075010-075018

    • DOI

      10.1088/0960-1317/26/7/075010

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] SiO2/GaN界面の固定電荷に対するGaN表面状態の影響2019

    • 著者名/発表者名
      上沼睦典、石河泰明、浦岡行治
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Trapping reduction of SiO2/GaN MOS structure by high pressure water vapor annealing2019

    • 著者名/発表者名
      Lin Tenda, 上沼睦典、石河泰明、浦岡行治
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Analyses of Electronic and Atomic Structures of Insulator/GaN Interface by Photoelectron Diffraction and Spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Fujimoto, Mutsunori Uenuma, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of SiO2/GaN Interface Characteristics by High Pressure Water Vapor Annealing2018

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Furukawa, Mutsunori Uenuma, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of Mg-implanted GaN films after rapid activation via excimer laser annealing2018

    • 著者名/発表者名
      Juan Paolo Bermundo, Mutsunori Uenuma, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Leakage reduction of SiO2/GaN MOS structure by high pressure water vapor annealing2018

    • 著者名/発表者名
      Lin Tengda, Mutsunori Uenuma, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Annealing Time in High Pressure Water Vapor Annealing for ALD-Al2O3/GaN MOS2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Nakamura, Mutsunori Uenuma, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of ALD-Precursor on Al2O3/GaN MOS Characteristics2018

    • 著者名/発表者名
      Mutsunori Uenuma, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      International Workshop on Nitride Semiconductors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高圧水蒸気処理を用いたGaOx層形成によるSiO2/GaN界面の特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      安藤領汰、上沼睦典、石河泰明、浦岡行治
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ALD-Al2O3/GaN MOSにおける高圧水蒸気処理の時間依存性2018

    • 著者名/発表者名
      中村翼、上沼睦典、石河泰明、浦岡行治
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of perovskite solar cells using sputter processed perovskite films2017

    • 著者名/発表者名
      來福至、石河泰明、Tiphaine Bourgeteau、伊藤省吾、Yvan Bonnassieux、Pere Roca I Cabarrocas、浦岡行治
    • 学会等名
      Asia Pacific Hybrid and Organic Photovoltaics Conference
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-02-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] RELATION OF ELECTROLUMINESCENCE INTENSITY AND POTENTIAL INDUCED DEGRADATION TEST TIME ON P-TYPE MONOCRYSTALLINE SILION PHOTOVOLTAIC MODULEAND POTENTIAL INDUCED DEGRADATION TEST TIME ON P-TYPE MONOCRYSTALLINE SILION PHOTOVOLTAIC MODULE2017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Oshima, Kazuki Noguchi, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      PVSEC-27
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Consideration of Temperature Correction of Open Circuit Voltage Calculated from EL Intensity for Outdoor Measurement2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kobayashi, Takuya Oshima, Kazuki Noguchi, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      The 27th Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bimetal-catalyzed formation of InGaZnO nanowires from amorphous thin film2017

    • 著者名/発表者名
      Jenichi Clairvaux Felizco, Mutsunori Uenuma, Daiki Senaha, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      5th Nano Today Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interfacial Analysis of Ionogel Gated In2Ga2Zn1O7 Thin Film Transistors2017

    • 著者名/発表者名
      Mami N. Fujii, Hiromi Okada, Kenta Komori, Kazumoto Miwa, Shimpei Ono, Juan Paolo Bermundo, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      2017 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Excimer laser annealing of solution-processed InZnO thin-film2017

    • 著者名/発表者名
      Juan Paolo Bermundo, Yasuaki Ishikawa, Mami N. Fujii, Chaiyanan Kulchaisit, Hiroshi Ikenoue, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      MRS Fall 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of UV/Ozone Treatment on Self-Aligned InZnO Thin-Film Transistors towards an All-Solution Process2017

    • 著者名/発表者名
      Chaiyanan Kulchaisit, Juan Paolo Bermundo, Mami N. Fujii, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      MRS Fall 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DEVICE MODELING OF IRON PYRITE SOLAR CELL FOR HIGH CONVERSION EFFICIENCY2017

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Uchiyama, Yasuaki Ishikawa, and Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      The 27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal analysis and device simulation of heat suppressed structure for oxide thin-film transistor2016

    • 著者名/発表者名
      木瀬香保利、藤井 茉美、Juan Paolo Bermondo、石河 泰明、浦岡行治
    • 学会等名
      The 23rd International Display Workshops
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-12-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of High Mobility Oxide Thin-Film Transistors after a Low Temperature Annealing Process2016

    • 著者名/発表者名
      Juan Paolo Bermundo、Yasuaki Ishikawa、Mami N. Fujii、Chaiyanan Kulchaisit、Hiroshi Ikenoue、Yukuharu Uraoka
    • 学会等名
      The 23rd International Display Workshops
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-12-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sheet Resistance Reduction of a-IGZO by Oxygen Vacancy Control using Low Temperature Excimer Laser Irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      Juan Paolo Bermundo、Yasuaki Ishikawa、Mami N. FujiiHiroshi Ikenoue、Yukuharu Uraoka
    • 学会等名
      2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of the interface and the film quality of SiO2 / GaN MOS by high pressure water vapor annealing2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tominaga、Katsunori Ueno、Koji Yoshitsugu、Uenuma Mutsunori、Yuta Fujimoto、Yasuaki Ishikawa、Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      2016 International Workshop on Nitride Semiconductors
    • 発表場所
      Orlando, FL USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of oxygen plasma damage introduced at Al2O3/GaN interface during atomic layer deposition process2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Fujimoto、Katsunori Ueno、Koji Yoshitsugu、Masahiro Horita,Uenuma Mutsunori、Yasuaki Ishikawa、Yukiharu Uraoka
    • 学会等名
      2016 International Workshop on Nitride Semiconductors
    • 発表場所
      Orlando, FL USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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