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窒化ガリウムおよびその混晶の異種界面制御と高電子移動度トランジスタへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 18J20386
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関北海道大学

研究代表者

金木 奨太  北海道大学, 大学院情報科学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードGaN / MOS構造 / 界面準位 / 窒化ガリウム / MOS / HEMT
研究実績の概要

本年度は、m 面 GaN MOS 界面特性について詳細に評価し、学術論文の投稿を行った。[000-1]方向へ 5 度傾斜させた基板上に結晶成長した m 面 GaN 上に、原子層堆積法(ALD)により Al2O3膜を堆積して MOS 構造を作製した。容量-電圧(C-V)評価の結果、未処理試料であるにも関わらず、Al2O3/m 面GaN 界面の準位密度は 3×1011 cm-2eV-1以下となり、c 面 GaN MOS 構造よりも明らかに低い準位密度を示した。いくつかの第一原理計算は、m 面 GaN 表面では Ga-N ダイマーが安定に形成される可能性を示しており、これに基づき、Ga-N ダイマー形成→ALD プロセスでのダイマー分断→分断されたボンドの酸素終端→連続的なAl2O3膜形成という表面モデルを提案した。さらに m 面 GaN MOS 構造の高温での安定性を評価し、200℃においても、周波数分散のない C-V 特性と 10-9 A/cm2オーダーの低リーク
電流を確認した。これらの結果は、m 面 GaN をチャネルとした MOS トランジスタの高い安定動作を示唆している。以上、絶縁ゲート型 GaN トランジスタの動作安定性向上に関して、重要な知見を得ることができたと判断できる。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Interface characterization of Al2O3/m-plane GaN structure2021

    • 著者名/発表者名
      Kaneki Shota、Hashizume Tamotsu
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 11 号: 1 ページ: 015301-015301

    • DOI

      10.1063/5.0031232

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improved DC performance and current stability of ultrathin-Al2O3/InAlN/GaN MOS-HEMTs with post-metallization-annealing process2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ozaki, K. Makiyama, T. Ohki, N. Okamoto, Y. Kumazaki, J. Kotani, S. Kaneki, K. Nishiguchi, N. Nakamura, N. Hara, and T. Hashizume
    • 雑誌名

      Semicond. Sci. Technol.

      巻: 35 号: 3 ページ: 035027-035027

    • DOI

      10.1088/1361-6641/ab708c

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improved operation stability of Al2O3/AlGaN/GaN MOS high-electron-mobility transistors grown on GaN substrates2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ando, S. Kaneki, T. Hashizume
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 12 ページ: 024002-024002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] State of the art on gate insulation and surface passivation for GaN-based power HEMTs2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hashizume, K. Nishiguchi, S. Kaneki, J. Kuzmik, and Z. Yatabe
    • 雑誌名

      Materials science in semiconductor processing

      巻: 78 ページ: 85-95

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of postmetallization annealing on interface properties of Al2O3/GaN structures2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hashizume, S. Kaneki, T. Oyobiki, Y. Ando, S. Sasaki and K. Nishiguchi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 12 ページ: 124102-124102

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Stable C-V Characteristics of Al2O3/m-plane GaN Structures at High Temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kaneki, T. Hashizume
    • 学会等名
      ICNS13
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improved gate controllability of Al2O3-gate AlGaN/GaN HEMTs grown on GaN substrates2019

    • 著者名/発表者名
      R. Ochi, Y. Ando, S. Kaneki, T. Hashizume
    • 学会等名
      TWHM2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] GaN自立基板上に作製したAl2O3/AlGaN/GaN HEMTの評価2019

    • 著者名/発表者名
      金木奨太
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] m 面 GaN に形成したAl2O3 MOS 構造の評価2018

    • 著者名/発表者名
      金木奨太
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Control of Al2O3 MOS Interfaces Fabricated on m-plane GaN surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Shota Kaneki
    • 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

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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