近紫外光を用いた界面顕微光応答法による金属／半導体界面の劣化機構の2次元評価

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04228
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 塩島 謙次 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (70432151)
• 研究分担者: 橋本 明弘 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (10251985)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ショットキー電極 / 界面顕微光応答法 / GaN / 耐圧評価 / SiC / α-Ga2O3

研究実績の概要

最終年度は3種類のGaN上に形成した電極の評価を行った。(1)表面処理の異なる3種類の電極（無処理、アンモニア処理、塩酸処理）に対して400度Cの熱処理を行うことにより、アンモニア処理試料が良好な均一性を保ち、理想的な電圧ー電流特性を示すことを明らかにした。(2)ナノインクを用いて印刷法により形成したNi電極はAgの場合よりGaN表面に広がりよく塗布され、500度Cの熱処理で均一な界面が形成されることを可視化した。(3)電気化学的にウエットエッチングしたGaN表面の評価では、電解液の違いにより光電流の変化量が異なることを見出した。また、AlGaN/GaN HEMT構造に対しリセスエッチングした場合では、チャネルの空乏化を電流像として捉えることができた。これらの結果は本研究課題が提案した界面顕微光応答法の有効性を実証したものである。
研究成果の論文化においては、SiC結晶の表面欠陥2次元評価、電気化学エッチングしたGaN表面の評価、ファセット成長したGaN基板に形成した電極の耐圧評価、p-GaN電極のMg濃度依存性評価における光電流測定の有効性の4件が採択されただけでなく、これまでのマッピング評価の成果をレビューした解説論文も１件採択された。
グラフェン上におけるGaN、及びSi成長については、多機能2次元構造形成におけるグラフェン化過程について初期AlN層数とグラフェン化条件との関連性を明らかにした。
研究期間全体の成果をまとめると、本研究のコアである界面顕微光応答法に近紫外光励起の機構を付け加える提案は、高電圧印加による劣化の原因となるGaN結晶欠陥を特定することに成功した。波及効果として、表面損傷、表面溶液処理の違い、熱処理の影響に対しても有効であることも示した。また、SiC、α-Ga2O3にも本手法が応用できることも実証し、当初の目的以上の成果を残したと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Mapping of photo-electrochemical etched Ni/GaN Schottky contacts using scanning internal photoemission microscopy?comparison between n- and p-type GaN samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Ryo、Horikiri Fumimasa、Narita Yoshinobu、Yoshida Takehiro、Fukuhara Noboru、Mishima Tomoyoshi、Shiojima Kenji
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 60 ページ: SBBD12 (7頁)
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abdf21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mapping of n-GaN Schottky contacts formed on facet-growth substrates using near-ultraviolet scanning internal photoemission microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiojima Kenji、Maeda Masataka、Kurihara Kaori
  • 雑誌名: Semiconductor Science and Technology 巻: 36 ページ: 034007 (9頁)
  • DOI: 10.1088/1361-6641/abdd09
  • 査読あり
• [雑誌論文] RF-MBE growth and orientation control of GaN on epitaxial graphene (2021)
  • 著者名/発表者名: Bhuiyan Ashraful G.、Kamada Yuta、Islam Md. Sherajul、Syamoto Riku、Ishimaru Daiki、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Results in Physics 巻: 20 ページ: 103714～103714
  • DOI: 10.1016/j.rinp.2020.103714
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Growth of single crystalline Si on graphene using RF-MBE: Orientation control with an AlN interface layer (2021)
  • 著者名/発表者名: Bhuiyan Ashraful G.、Terai Taiji、Katsuzaki Tomohiro、Takeda Naoki、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 548 ページ: 149295～149295
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.149295
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mapping of large structural defects in SiC Schottky contacts using internal photoemission microscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiojima Kenji、Kato Masashi
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 巻: 118 ページ: 105182 (12頁)
  • DOI: 10.1016/j.mssp.2020.105182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mg-Doping-Concentration Dependence for Ni/p-GaN Schottky Contacts (2020)
  • 著者名/発表者名: SHIOJIMA Kenji
  • 雑誌名: Journal of the Society of Materials Science, Japan 巻: 69 ページ: 717～720
  • DOI: 10.2472/jsms.69.717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Dimensional Characterization of Wide-Bandgap Materials and Contact Interfaces by Using Scanning Internal Photoemission Microscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: SHIOJIMA Kenji
  • 雑誌名: Journal of the Society of Materials Science, Japan 巻: 69 ページ: 837～842
  • DOI: 10.2472/jsms.69.837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy of InAlN alloys in the whole compositional range (2020)
  • 著者名/発表者名: Bhuiyan Ashraful G.、Islam Md. Sherajul、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 10 ページ: 015053～015053
  • DOI: 10.1063/1.5139974
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular dynamics study of thermal transport in single-layer silicon carbide nanoribbons (2020)
  • 著者名/発表者名: Islam Md. Sherajul、Islam A. S. M. Jannatul、Mahamud Orin、Saha Arnab、Ferdous Naim、Park Jeongwon、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 10 ページ: 015117～015117
  • DOI: 10.1063/1.5131296
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interlayer vacancy effects on the phonon modes in AB stacked bilayer graphene nanoribbon (2020)
  • 著者名/発表者名: Anindya Khalid N.、Islam Md Sherajul、Park Jeongwon、Bhuiyan Ashraful G.、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Current Applied Physics 巻: 20 ページ: 572～581
  • DOI: 10.1016/j.cap.2020.02.006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] RF-MBE and MOVPE InxGa1-xN films over the entire composition range: A study on growth method dependence (2020)
  • 著者名/発表者名: Bhuiyan Ashraful G.、Islam Md. Sherajul、Hironaga Daizo、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Superlattices and Microstructures 巻: 140 ページ: 106448～106448
  • DOI: 10.1016/j.spmi.2020.106448
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vacancy-induced thermal transport in two-dimensional silicon carbide: a reverse non-equilibrium molecular dynamics study (2020)
  • 著者名/発表者名: Islam A. S. M. Jannatul、Islam Md. Sherajul、Ferdous Naim、Park Jeongwon、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 13592～13602
  • DOI: 10.1039/D0CP00990C
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phonon localization in single wall carbon nanotube: Combined effect of 13C isotope and vacancies (2020)
  • 著者名/発表者名: Islam Md. Sherajul、Howlader Ashraful Hossain、Anindya Khalid N.、Zheng Rongkun、Park Jeongwon、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 128 ページ: 045108～045108
  • DOI: 10.1063/5.0011810
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Behaviour of Raman B1 (high) mode and evaluation of crystalline quality in the InxGa1?xN alloys grown by RF-MBE (2020)
  • 著者名/発表者名: Bhuiyan Ashraful G、Kuroda Kenji、Islam Md Sherajul、Hashimoto Akihiro
  • 雑誌名: Bulletin of Materials Science 巻: 43 ページ: 278(7頁)
  • DOI: 10.1007/s12034-020-02252-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Combined effect of 13C isotope and vacancies on the phonon properties in AB stacked bilayer graphene (2020)
  • 著者名/発表者名: Anindya Khalid N.、Islam Md. Sherajul、Hashimoto Akihiro、Park Jeongwon
  • 雑誌名: Carbon 巻: 168 ページ: 22～31
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2020.06.059
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Characterization of Au/Ni/n-GaN Schottky Contacts with Different Surface Treatments (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenji Shiojima, Ryo Tanaka, Shinya Takashima, Katsunori Ueno and Masaharu Edo
  • 学会等名: 13th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applicationa for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Niナノインクを用いて印刷法で形成したn-GaNショットキー接触の二次元評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川角優斗，安井悠人，柏木行康，玉井聡行，塩島謙次
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 多機能2次元構造作製におけるエピタキシャルグラフェン形成過程 (2021)
  • 著者名/発表者名: 社本 利玖、勝崎 友裕、水野 裕介、橋本 明弘
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ポーラスエピタキシャルグラフェン形成におけるSiC表面構造の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平井 瑠一、山下 雄大、橋本 明弘
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Mapping of Photoelectrochemical Etched Ni/GaN Schottky Contacts Using Scanning Internal Photoemission Microscopy -- Comparison between n- and p-type GaN samples - (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsuda, Fumimasa Horikiri, Yoshinobu Narita, Takehiro Yoshida, Noboru Fukuhara, Tomoyoshi Mishima, Kenji Shiojima
  • 学会等名: International conference on Solid State Devices and Materials 2020 (SSDM2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Two-Dimensional Characterization of n-GaN Schottky Contacts Printed by Using Ni Nanoink (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenji Shiojima, Yuto Kawasumi, Yuto Yasui, Yukiyasu Kashiwagi, Toshiyuki Tamai
  • 学会等名: International conference on Solid State Devices and Materials 2020 (SSDM2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 界面顕微光応答法による表面処理の異なるAu/Ni/n-GaNショットキー電極の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 塩島 謙次、田中 亮、高島 信也、上野 勝典、江戸 雅晴
  • 学会等名: 応用物理学秋季学術講演会
• [学会発表] 界面顕微応答法を用いたInAlN-HEMT構造上のショットキー電極の2次元評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 内田 昌宏、川角 優斗、西村 一巳、渡邉 則之、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] コンタクトレス光電気化学エッチングしたNi/n-GaNショットキーの評価 --電解液による違い-- (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田 陵、堀切 文正、福原 昇、成田 好伸、吉田 丈洋、三島 友義、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 界面光顕微応答法によるゲートリセスPECエッチングしたAlGaN/GaN HEMT構造の二次元評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川角 優斗、堀切 文正、福原 昇、塩島 謙次
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 界面顕微光応答法によるn-GaN上に印刷法で形成したNi，Agショットキー接触の二次元評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川角優斗、安井悠人、柏木行康、玉井聡行、塩島謙次
  • 学会等名: 令和2年度第3回半導体エレクトロニクス部門委員会第2回研究会
• [学会発表] 界面顕微光応答法を用いた光電気化学エッチングしたNi/GaNショットキーの２次元評価－n形とp形の比較－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田 陵、堀切 文正、成田 好伸、吉田 丈洋、福原 昇、三島 友義、塩島 謙次
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子部品・電子デバイス（ED）研究会
• [学会発表] Niナノインクを用いた印刷法で形成したn-GaNショットキー接触の二次元評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川角優斗、安井悠人、柏木行康、玉井聡行、塩島謙次
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子部品・電子デバイス（ED）研究会
• [学会発表] 界面顕微光応答法による2段階フォトンアップコンバージョン太陽電池の二次元評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平野智也, 朝日重雄, 喜多隆, 塩島謙次
  • 学会等名: 令和2年度第4回半導体エレクトロニクス部門委員会第3回研究会
• [学会発表] H2エッチングSiC表面の微細孔形成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平井 瑠一、社本 利玖、山下 雄大、橋本 明弘
  • 学会等名: 応用物理学秋季学術講演会
• [学会発表] Si薄膜成長へ向けたエピタキシャルグラフェンの表面改質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 勝崎 友裕、社本 利玖、平井 瑠一、橋本 明弘
  • 学会等名: 応用物理学秋季学術講演会
• [学会発表] 多機能2次元構造を用いたエピタキシャルグラフェン上GaN成長 (2020)
  • 著者名/発表者名: 社本 利玖、平井 瑠一、勝崎 友裕、橋本 明弘
  • 学会等名: 応用物理学秋季学術講演会
• [学会発表] 修復された多機能2次元構造を用いたGaN成長 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水野 裕介、社本 利玖、勝崎 友裕、橋本 明弘
  • 学会等名: 応用物理学秋季学術講演会
• [図書] Control of Semiconductor Interfaces (2020)
  • 著者名/発表者名: Kenji Shiojima, Katsuyoshi Washio, Seiichi Miyazaki, Hiroo Omi, Giuliana Impellizzeri
  • 総ページ数: 約130ページ（DVD版の為、ページは概算）
  • 出版者: Materials Science in Semiconductor Processing
• [備考] 電子物性講座半導体表面界面（塩島）研究室のホームページ
  • URL: http://fuee.u-fukui.ac.jp/~shiojima/integrated.html