| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06421
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (80149898)
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| 研究分担者 |
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)
佐藤 威友 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 (50343009)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | GaN / AlGaN / 異種接合 / 電子準位 / 周期的ナノチャネル / 電気化学エッチング |
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| 研究実績の概要 |
種々の特異構造を内包するGaN系異種接合界面電気的評価を行い、化学的・構造的・光学的評価と連携させて電子捕獲準位の成因を理解し、混晶異種接合に立脚した新機能素子の実現に貢献する。さらに、極性制御ナノチャネル構造および微細孔構造を形成し、新機能トランジスタ・超低抵抗通電素子・ワイドレンジ光吸収素子に展開する。本年度の主な成果を以下にまとめる。
１）1100℃以上の熱処理を行なったGaN表面にショットキー接合とAl2O3-MOS接合を形成し、表面分析と接合特性の評価を行なった。ショットキー接合では極めて高い漏れ電流が観測された。またMOS接合でも容量-電圧特性（C-V特性）に劣化が見られ、高温熱処理時にGaN表面に高密度の結晶欠陥が導入されることがわかった。
２）無極性のm-面GaNにAl2O3-MOS接合を形成し、その界面特性の評価とc面GaNとの比較を行なった。Al2O3堆積のみの試料では、c面GaNと比較して、1桁程度低い界面準位密度であることがわかった。ゲート電極形成後の300℃熱処理（PMA）により、界面準位密度は2×10-10cm-2eV-1まで低減された。また、室温から200℃までのC-V特性を測定した結果、フラットバンド電圧の変化は無視できる程度に小さいことが明らかになり、無極性面の特徴が出現していると推定された。
３）周期的ナノチャネル構造を持つAlGaN/GaN HEMTに関して、3次元デバイスシミュレータによりチャネル内の電位・電界分布を評価した。ドレイン-ソース方向と垂直方向に電気力線が発生するため、チャネルのドレイン近傍で電界分布が高くなり実効電子速度が増加する可能性が示された。ナノチャネルHEMTの相互コンダクタンスは通常構造HEMTより大きくなることが実験的に示されており、チャネル内の電界強度の増加による効果と考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1)高温熱処理によりGaN表面に導入される電子準位の評価、２）無極性m面GaNに形成した接合評価、３）周期的ナノチャネル構造の電界分布の理解を研究目標に置いた。
ショットキー構造とMOS構造の詳細解析により、1100℃以上の高温熱処理でGaN表面近傍に導入される結晶欠陥が接合特性に与える影響を明らかにした。次に、無極性m-面GaNに形成したMOS構造の界面特性を評価し、低い界面準位密度とフラットバンド電圧の温度依存性が明らかになり、大電力スイッチ用トランジスタ応用に適していることが示された。さらに、周期的ナノチャネル構造の電界強度分布の計算より、チャネル内の実効電子速度を推定することができた。以上より、予定の研究計画がおおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度までの成果を踏まえ、今後は以下の方針で研究を行う。1100℃以上の高温アニールを受けたGaN表面の接合特性の評価を行う。接合特性の評価結果とSIMS・XPS等の分析結果を総合的に解析し、電子準位の起源を明らかにするとともに、電気化学エッチングと電極形成後の低温長時間アニールを組み合わせた電子準位制御プロセスを開発する。また、エッチングしたm面GaNおよびAlGaNにMOS構造を作製し、その界面特性を評価するとともに、界面に形成されるチャネルの輸送特性を測定するためのトランジスタ構造を検討する。さらに、GaN基板上AlGaN/GaN ヘテロ構造を準備し、ショットキーゲート型およびMOSゲート型HEMTの作製と電気的特性の詳細評価を行う。特に、MOSゲート構造の界面準位特性や高温・電圧ストレス条件下での動作安定性に着目し、異種基板上HEMTとの比較を行う。
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