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2020 年度 実施状況報告書

プラズマイオン衝撃により誘発されるp型GaNの電気的ダメージの全容解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K04497
研究機関中部大学

研究代表者

中野 由崇  中部大学, 工学部, 教授 (60394722)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードp型GaN / 電気的ダメージ / プラズマイオン / CF4 / 欠陥準位
研究実績の概要

本研究はノーマリーオフ動作可能な縦型パワーデバイスの実現にとって極めて重要なp型GaNへのプラズマイオンの物理的衝撃に焦点を絞り、生成される電気的ダメージの生成挙動を定量的に検討している。2020年度は化学反応性の高いCF4プラズマイオンを直流グロー放電により照射したMgドープp型GaN(GaN:Mg)膜にショットキーダイオードを作製し、深いエネルギー準位を有するMgアクセプターが十分に追随可能な周波数1kHzで静電容量-電圧(C-V)測定と光容量過渡分光(SSPC)測定を行い、Mgの有効アクセプター濃度|Na-Nd|の膜厚深さ方向分布と生成欠陥準位のエネルギー状態密度分布を評価し、CF4プラズマイオン照射により導入される電気的ダメージの生成挙動を前年度実施したArプラズマイオン照射と比較検討した。
CF4プラズマイオン照射によりMgの有効アクセプター濃度は膜厚に対してフラットな濃度分布のまま内方拡散していることが分かった。Arプラズマイオンの場合に見られたピーキーな濃度分布とは大きく異なっていた。また、Arプラズマイオン照射に見られた特徴的な2つの欠陥準位(価電子帯上~2.0eV,~3.2eV)は見られず、未処理サンプルの欠陥準位濃度よりも1桁程度は濃度低減していることが分かった。おそらく、プラズマイオンの物理的衝撃により生成したGa空孔やN空孔は、Fイオンの表面吸着により膜表面で強く終端されるため、膜内部へのGa空孔関連の欠陥準位の内方拡散が抑制されるが、膜内部に元々あったGa空孔関連の欠陥準位を介して、Mgアクセプターは内方拡散していると推定される。

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

2020年度は化学反応性の高いCF4プラズマイオン照射によりp型GaNに導入される電気的ダメージの生成挙動をMgの有効アクセプター濃度の膜厚深さ方向分布と欠陥準位のエネルギー状態密度分布の両面から定量的に検討した。実験データは順調に取得できたが、Arプラズマイオン照射と比較すると、電気的ダメージの生成挙動が大きく異なり、データ解釈が少し難航している。

今後の研究の推進方策

これまで化学的に安定なArと等方性エッチングガスであるCF4を用いたプラズマイオン照射によりp型GaNに導入される電気的ダメージ特性を一通り評価し、両者では欠陥準位の生成挙動が大きく異なることが分かった。一方で、どちらの場合もMgアクセプターの内方拡散が明確に見られた。今後はMgアクセプターの内方拡散の駆動源を明確にする目的で、Arプラズマイオン照射時に外部から紫外線を照射し、Mgアクセプターの膜厚深さ方向分布の紫外線照射強度依存性を定量的に検討する予定である。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウィルスの影響により、参加を予定していた国際会議での研究発表を中止した。また、2インチp型GaNエピウエハの購入は次年度に延期した。研究発表と論文については、次年度で実施する紫外線照射強度依存性を明確にした上で、実験データを纏めて発表する予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effects of nonequilibrium atmospheric-pressure O2 plasma-assisted annealing on anatase TiO2 nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Kawakami Retsuo、Yoshitani Yuki、Shirai Akihiro、Yanagiya Shin-ichiro、Koide Hirofumi、Mimoto Yuki、Kajikawa Kosuke、Niibe Masahito、Nakano Yoshitaka、Azuma Chisato、Mukai Takashi
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 526 ページ: 146684~146684

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2020.146684

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Electrical Damage Introduced into p-GaN Films by Ar Plasma Treatments2021

    • 著者名/発表者名
      Akira Toyotome、Yoshitaka Nakano、Retsuo Kawakami、Masahito Niibe
    • 学会等名
      12th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials 13th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical Investigation of Turn-On Capacitance Recovery Characteristics in Auto or External Carbon-doped AlGaN/GaN/SiC/Si2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Suzuki、Shigeomi Hishiki、Keisuke Kawamura、Yoshitaka Nakano
    • 学会等名
      12th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials 13th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Annealing behavior of deep-level defects in unintentionally doped n-type b-Ga2O3 single crystal2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Nakano、Akira Toyotome、Riku Suzuki、Yuki Yasuda
    • 学会等名
      12th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials 13th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 国際学会
  • [学会発表] 高温度アニール処理したSiドープb-Ga2O3(010)単結晶の電気特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      中野 由崇、豊留 彬、鈴木 陸、安田 優綺
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 大気圧低温O2プラズマ支援熱処理したアナターゼ/ルチル混晶型TiO2ナノ粒子の紫外/可視光触媒活性2021

    • 著者名/発表者名
      味元 勇樹、川上 烈生、柳谷 伸一郎、新部 正人、中野 由崇、向井 孝志
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [備考] 中野研究室(物性デバイス)

    • URL

      https://www3.chubu.ac.jp/faculty/nakano_yoshitaka/#header

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公開日: 2021-12-27  

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