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2020 年度 実績報告書

特異構造を含む異種接合の界面制御と電子デバイス展開

計画研究

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
研究課題/領域番号 16H06421
研究機関北海道大学

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, 特任教授 (80149898)

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)
研究期間 (年度) 2016-06-30 – 2021-03-31
キーワードGaN / AlGaN / 異種接合 / C-V / 界面準位 / MOS / 電気化学エッチング
研究実績の概要

種々の特異構造を内包するGaN系異種接合界面の電気的評価を行い、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、混晶異種接合の界面制御に立脚した新機能素子の実現に貢献する。本年度の主な成果を以下にまとめる。

1)分極効果の出現しないm面GaNに原子層堆積法でAl2O3を形成し、MOS構造の界面特性を詳細に評価した。Al2O3堆積直後の状態においても、界面準位密度は比較的低い値を示した。ゲート電極形成後の低温熱処理(PMA処理:300℃)により、界面準位密度は1e10 /cm2/eV台の前半まで低下した。これらの特性は、分極効果のあるc面GaN MOS構造より優れており、m面GaN表面のGa-Nダイマーに基づく表面ボンドモデルで説明可能であることを明らかにした。
2)ペルオキソ硫酸カリウム (K2S2O8)を利用する光電気化学エッチングを通電電極無しのAlGaN/GaNヘテロ構造に適用し、リセスゲート構造のMOS-HEMTを作製した。良好な電流-電圧特性とリセスによるしきい値シフトが観測された。また、しきい値電圧の分散値は20mV以内であり、極めて安定なしきい値電圧制御が可能になった。AlGaN層の膜厚が4.7nmで自動的にエッチング停止することを見出し、しきい値電圧の安定化に寄与しているが明らかになった。
3)高誘電率と化学的安定性を同時に期待できるハフニウム・シリケート (HfSiOx)を絶縁ゲートとしたAlGaN/GaN HEMTを作製した。比較的高い比誘電率 (13.0)を反映した相互コンダクタンスが観測され、また150℃においても、しきい値電圧変動が極めて小さなI-V特性が観測された。さらに、MOSダイオード構造の容量-電圧特性の詳細評価より、HfSiOx/AlGaN界面の電子捕獲準位密度が1e12 /cm2/eV以下であることを明らかにした。

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。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1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 ページ: 015301~015301

    • DOI

      10.1063/5.0031232

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Controlling surface/interface states in GaN-based transistors: Surface model, insulated gate, and surface passivation2021

    • 著者名/発表者名
      Asubar Joel T.、Yatabe Zenji、Gregusova Dagmar、Hashizume Tamotsu
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 ページ: 121102~121102

    • DOI

      10.1063/5.0039564

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gate controllability of HfSiOx/AlGaN/GaN MOS high-electron-mobility transistor2020

    • 著者名/発表者名
      Ochi Ryota、Maeda Erika、Nabatame Toshihide、Shiozaki Koji、Sato Taketomo、Hashizume Tamotsu
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 065215~065215

    • DOI

      10.1063/5.0012687

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of surface treatment on Fermi level pinning at metal/GaN interfaces formed on homoepitaxial GaN layers2020

    • 著者名/発表者名
      Isobe Kazuki、Akazawa Masamichi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 046506~046506

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab8024

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Depth profiling of surface damage in n-type GaN induced by inductively coupled plasma reactive ion etching using photo-electrochemical techniques2020

    • 著者名/発表者名
      Yamada Shinji、Takeda Kentaro、Toguchi Masachika、Sakurai Hideki、Nakamura Toshiyuki、Suda Jun、Kachi Tetsu、Sato Taketomo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 106505~106505

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abb787

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of simultaneous occurrence of shallow surface Fermi level pinning and deep depletion in MOS diode with Mg-ion-implanted GaN before activation annealing2020

    • 著者名/発表者名
      Akazawa Masamichi、Kamoshida Ryo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 096502~096502

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abac41

    • 査読あり
  • [学会発表] HfSiOx-gate GaN MOS-HEMTs for RF power transistor2021

    • 著者名/発表者名
      T. Hashizume, R. Ochi, E. Maeda, T. Nabatame, K. Shiozaki and T. Sato
    • 学会等名
      Society of Photographic Instrumentation Engineers (SPIE), Photonics West 2021, Gallium Nitride Materials and Devices XVI
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interface properties of Al2O3-based MOS structures on m-plane GaN2021

    • 著者名/発表者名
      T. Hashizume and S. Kaneki
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • 国際学会
  • [学会発表] Precise control in threshold voltage of AlGaN/GaN HEMTs utilizing a photoelectrochemical (PEC) etching2021

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, M. Toguchi, K. Itoh, T. Hashizume
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Defect Level Generated in GaN by High-Temperature Annealing with AlN Encapsulation2021

    • 著者名/発表者名
      M. Akazawa, Y. Tamamura and S. Murai
    • 学会等名
      13th International Symposium on Advanced Science and its Appliaction for Nitrides and Nanomaterials/14th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science (ISPlasam2021/IC-PLANTS2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] HfSiOxゲート AlGaN/GaN HEMTsのDC特性とMOS界面評価2021

    • 著者名/発表者名
      越智 亮太、前田 瑛里香、生田目 俊秀、塩崎 宏司、橋詰 保
    • 学会等名
      電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • [学会発表] 無極性面に形成したGaN MOS界面の特性2021

    • 著者名/発表者名
      橋詰 保
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] コンタクトレス光電気化学エッチングによるリセスゲートAlGaN/GaN HEMT の作製2021

    • 著者名/発表者名
      渡久地政周,三輪和希,堀切文正,福原昇,成田好伸,吉田丈洋,佐藤威友
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 光電気化学エッチング法を用いたAlGaInN/AlGaNリセスゲートHFETの作製2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤滉朔,小松裕斗,渡久地政周,井上暁喜,三好実人,佐藤威友
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Photo-Electrochemical Etching and Porosification of III-Nitride Semiconductors2020

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, and M. Toguchi
    • 学会等名
      2020 Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science (PRiME 2020)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Impact of Cap-Layer Materials Used in Long-Term Low-Temperature Annealing on Electrical Properties of Mg-Ion Implanted GaN2020

    • 著者名/発表者名
      M. Akazawa, S. Murai, R. Kamoshida, E. Wu, and T. Kachi
    • 学会等名
      62nd Electronic Materials Conference (EMC2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Recessed-Gate AlGaN/GaN HEMTs Utilizing Contactless Photo-Electrochemical (CLPEC) Etching2020

    • 著者名/発表者名
      M. Toguchi, K. Miwa, F. Horikiri, N. Fukuhara, Y. Narita, O. Ichikawa, R. Isono, T. Tanaka, and T. Sato
    • 学会等名
      2020 Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science (PRiME 2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] HfSiOxゲート AlGaN/GaN MOS-HEMTのゲート制御性2020

    • 著者名/発表者名
      越智 亮太、前田 瑛里香、生田目 俊秀、塩崎 宏司、橋詰 保
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Mgイオン注入GaNに対する低温熱処理の効果における表面保護膜材料依存性2020

    • 著者名/発表者名
      村井駿太、呉 恩誠,赤澤 正道, 加地 徹
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター

    • URL

      http:// www.rciqe.hokudai.ac.jp

  • [産業財産権] 構造体の製造方法と製造装置および中間構造体2019

    • 発明者名
      堀切文正,福原昇,佐藤威友,渡久地政周
    • 権利者名
      堀切文正,福原昇,佐藤威友,渡久地政周
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      6694102

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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