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2021 年度 実績報告書

窒化ガリウム結晶及びデバイスにおける貫通転位に起因した漏れ電流発生機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20J10170
研究機関大阪大学

研究代表者

濱地 威明  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワード窒化ガリウム / 貫通転位 / 電流漏れ / ショットキー接触 / 転位構造解析 / 電気伝導機構 / らせん転位 / バーガースベクトル
研究実績の概要

NaフラックスGaN基板上にハイドライド気相成長で育成したGaN基板を対象に、前年度までに確立した技術により、多数の単独貫通転位にショットキー接触を作製し、電流-電圧-温度(I-V-T)特性を計測・解析した。特に、前年度解明された貫通転位のエッチピットとバーガースベクトル(b)の一対一対応関係を活用し、過去に漏れ電流源となることが報告されているらせん転位及び混合転位を選択的に評価した。室温I-V測定の結果、大多数のらせん・混合転位では漏れ電流が比較的抑制されていた一方で、らせん転位の中の極少数が異常に大きな漏れ電流を生じることを見出した。I-V-T特性の解析により、この異常ならせん転位では、小さな漏れ電流を生じた他の転位とは異なる欠陥準位を介した、特異な電気伝導機構で電流が生じていることが明らかとなった。
透過電子顕微鏡及び多光子励起顕微鏡により、(i)大きな電流漏れを示したらせん転位の構造的特徴及び、(ii)小さな電流漏れを示した大多数のらせん・混合転位における伝播形態と電気特性の関連性を評価した。(i)について、大きな漏れ電流を生じたらせん転位のb、コアタイプ、伝播挙動は、漏れ電流の小さな他のらせん転位と同様であり、大きな電流漏れがこれらの構造的特徴には起因しないことが示された。一方、らせん転位のヘリカル形態(振幅や周期等)は個々に多様であり、らせん転位と点欠陥の反応が高頻度かつ多様な様式で生じていたことが示唆された。これより、結晶成長過程での局所的な成長条件揺らぎが起因して、一部のらせん転位で芯部分の結晶構造が原子レベルで変異した結果、大きな漏れ電流に寄与する致命的な欠陥準位が形成されたものと推察された。(ii)について、漏れ電流の小さな多数のらせん・混合転位については、転位のbや傾斜方位等が漏れ電流度合いやショットキー障壁高さにほぼ影響しないことを明らかとした。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Propagation of threading dislocations and effects of Burgers vectors in HVPE-grown GaN bulk crystals on Na-flux-grown GaN substrates2021

    • 著者名/発表者名
      T. Hamachi, T. Tohei, Y. Hayashi, M. Imanishi, S. Usami, Y. Mori, N. Ikarashi, A. Sakai
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 ページ: 225701~225701

    • DOI

      10.1063/5.0053766

    • 査読あり
  • [学会発表] GaN自立基板中のらせん成分を含む貫通転位部に形成したショットキー接触におけるリーク特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      濱地威明、藤平哲也、林侑介、宇佐美茂佳、今西正幸、森勇介、酒井朗
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 特異的に大きなリーク電流を生じたGaN基板中b=1cらせん転位におけるショットキー接触のI-V-T特性解析2022

    • 著者名/発表者名
      濱地威明、藤平哲也、林侑介、宇佐美茂佳、今西正幸、森勇介、酒井朗
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] HVPE-GaN自立基板の貫通転位におけるショットキー接触の電気特性と微細構造の一対一評価2021

    • 著者名/発表者名
      濱地威明、藤平哲也、林侑介、今西正幸、宇佐美茂佳、森勇介、酒井朗
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 酒井研究室:研究業績

    • URL

      http://www.nano.ee.es.osaka-u.ac.jp/kenkyugyoseki.html

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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