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

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555081
• 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), 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する。今年度得られた主な成果を以下にまとめる。
(1)n-GaNに対して安定なショットキー接合法を確立することを目的として、プロセス直前のGaN表面の表面フェルミ準位の位置を光電子分光(XPS)法を用いて測定し、表面のバンド曲がりを詳細に評価した。(1)大気に曝した表面のバンド曲がりは1.4eVと大きく、フェルミ準位が強くピンニングされていることが分った。(2)アンモニア溶液処理と窒素プラズマ処理を行うことでバンド曲がりは0.5eV程度緩和し、分子線エピタキシー法で成長した表面と同等の電子状態が得られることが明らかになった。
(2)電子デバイスのショットキーゲート構造への応用を目的として、逆方向リーク電流特性を詳しく調べた。(1)n-GaNに対するショットキー接合の逆方向リーク電流は熱電子放出理論で計算される値よりも数ケタ高く、かつ、バイアス依存性が強く温度依存性が弱い。(2)逆方向リーク電流はショットキー電極とオーミック電極間の表面状態や表面構造に敏感であり、バイアス掃引に対してヒステリシスを持つ。これらの結果より、n-GaNに対するショットキー接合の電流輸送特性には、接合界面および電極間表面のトラップに起因するリーク機構が影響していることが強く示唆された。
(3)p-GaN表面のXPS分析を行った。Mgを高濃度にドープした表面には、Mg-O結合ピークが強く検出され、n-GaNとは異なり、化学溶液処理によってもこの酸化物ピークは容易に消滅しない。この結果は、p-GaNに対して低抵抗オーミック電極を形成するために、酸化物の除去を含む表面制御が極めて重要であることを示している。

研究成果

• [文献書誌] T.Hashizume: "Natural oxides on air-exposed and chemically-treated InGaP surfaces grown by metal-organic vapor phase epitaxy"Applied Physics Letters. 78(印刷中). (2001)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Surface Passivation Process for GaN-Based Electronic Devices Utilizing ECR-CVD SiNx Film"IEICE Trans.Electron. 84-C(印刷中). (2001)
• [文献書誌] Z.Jin: "In-situ x-ray photoelectron spectroscopy study of etch chemistry of methane-based reactive ion-beam etching of InP using N_2"Japanese Journal of Applied Physics. 40(印刷中). (2001)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Surface Characterization of GaN and AlGaN Layers Grown by MOVPE"Mater.Sci.Eng.B. 40(印刷中). (2001)
• [文献書誌] S.Ootomo: "Properties of as-grown, chemically treated and thermally oxidized surfaces of AlGaN/GaN heterostructure"Prceedings of International Workshop on nitride semiconductors, The Institute of Pure and Applied Physics (IPAP) Conference Series 1. 934-937 (2001)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Capacitance-voltage characterization of AlN/GaN metal-insulator-semiconductor structures grown on sapphire substrate by metal organic chemical vapor deposition"Journal of Applied Physics. 88. 1983-1986 (2000)
• [文献書誌] R.Nakasaki: "Insulator-GaN Interface Structures Formed by Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition"Physica E. 7. 953-957 (2000)
• [文献書誌] T.Hashizume: "X-ray photoelectron spectroscopy characterization of AlGaN surfaces exposed to air and treated in NH_4OH solution"Applied Physics Letters. 76. 2880-2882 (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. 2439-2443 (2000)
• [文献書誌] Anantathanasarn: "Passivation effects of nitrided GaAs surafce using nitrogen radical irradiation"Appl.Sur.Sci. 159-160. 456-461 (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. 2407-2413 (2000)