界面制御に基づいたGaNへの金属電極形成技術の開発研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555081
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橋詰 保 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (80149898)
• 研究分担者: 葛西 誠也 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30312383) ; 兼城 千波 神奈川工科大学, 工学部, 助手 (30318993) ; 本久 順一 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263) ; 関 昇平 沖電気工業株式会社, 半導体技術研究所, グループリーダ(研究職) ; 武山 真弓 北見工業大学, 工学部, 助教授 (80236512)
• キーワード: GaN / 表面制御 / 界面制御 / ショットキー接合 / フェルミ準位ピンニング / オーミック接合 / 表面処理 / 自然酸化膜

研究概要

本研究では、GaN表面の詳細な評価に基づく金属/半導体界面制御を試み、安定なショットキー接合と、低接合抵抗オーミック電極形成のための作製プロセスを確立することを目的とした。今年度得られた主な成果を以下にまとめる。
(1) ショットキー接合形成前の表面処理法を確立することを目的として、種々のプロセス後のGaN表面を詳細に評価した。その結果、(a)大気に曝したGaN表面にCa酸化物を主成分とする自然酸化膜が存在すること、(b)900℃以上の高温領域でGaN表面の酸化過程が進行すること、(c)HCl/HF混合溶液あるいはアンモニア溶液による表面処理が自然酸化膜の除去に効果が大きいこと、を明らかにした。
(2) 通常の蒸着法でショットキー接合を形成する場合、蒸着直前のGaN表面の処理法に、ショットキー接合特性が大きく依存することを見いだした。自然酸化膜が残存する場合のショットキー接合の電流輸送特性は熱電子放出理論から大きくはずれるが、アンモニア溶液処理後の表面に形成した接合は、熱電子放出理論から期待される特性を示し、その障壁高の金属仕事関数依存性が顕著になった。
(3) アンモニア処理による自然酸化膜除去プロセスは、安定なオーミック接合を形成する前処理プロセスとして重要であることが見いだされた。
(4)独自に開発した電気化学プロセスにより、n-GaN表面のエッチングと金属形成を、同一電解液中で「その場」で行い、ショットキー接合を形成した。このプロセスにより作成した接合の電流輸送特性は熱電子放出理論に従い、障壁高の金属仕事関数依存性を表す界面定数Sは0.49を示し、これまでの報告で最高の値となった。

研究成果

• [文献書誌] H. Hasegawa: "Properties of Metal-Semiconductor Interfaces Formed on n-type GaN"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2634-2639 (1999)
• [文献書誌] H. Takahashi: "XPS and UHV contactless characterization of novel oxide-free InP passivation process using silicon surface quantum well"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 1128-1132 (1999)
• [文献書誌] M. B. Takeyama: "Interfacial Reaction and Electrical properties in the sputter-deposited Al/Ti ohmic contact to n-InP"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 253-257 (1999)
• [文献書誌] Y. Koyama: "Formation Processes and Properties of Schottky and Ohmic Contacts on n-type GaN for Field Effect Transistor Applications"Solid-State Electron.. 43. 1483-1488 (1999)
• [文献書誌] T. Hashizume: "Nitridation of GaP (001) surface by electron-cyclotron-resonance assisted N_2 Plasma"Applied Physics Letters. 75. 615-617 (1999)
• [文献書誌] T. Hashizume: "A novel surface passivation structure for III-V compound semiconductors utilizing a silicon interface control layer and its application"Materials Research Society Proceedings. 573. 45-56 (1999)
• [文献書誌] R. Nakasaki: "Insulator-GaN Interface Structures Formed by Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition"Physica E. (in press). (2000)
• [文献書誌] S. Ootomo: "Characterization of nitrided GaP (100) surfaces prepared by nitrogen plasma and radicals"Japanese Journal of Applied Physics. 39(in press). (2000)
• [文献書誌] M. Yamada: "Fabrication and characterization of novel oxide-free InP MISFETs having an ultra-narrow Si surface quantum well"Japanese Journal of Applied Physics. 39(in press). (2000)
• [文献書誌] S. Anantathanasarn: "Passivation effects of nitrided GaAs surafce using nitrogen radical irradiation"Appl. Sur. Sci.. (in press). (2000)