低温測定界面顕微光応答法による低障壁金属／半導体界面のオーミック電極形成機構解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04135
• 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) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 電極 / 界面顕微光応答法 / ２次元評価 / ワイドバンドギャップ半導体

研究実績の概要

本研究課題では我々が独自に開発した金属／半導体(M/S)界面の2次元評価法（界面顕微光応答法）をワイドバンドギャップ半導体上に形成した電極の電流輸送機構の解明に適応できることの実証が目的である。従来はショットキーM/S界面の2次元評価を室温で行ってきたが、低障壁で低抵抗なオーミック電極に対して低温での測定が行えるよう装置を改造し、低ノイズで高感度な光電流検出を提案している。
R5年度は最終目標である温度可変界面顕微光応答測定を実施した。薄膜Au/Ni電極に対して前面照射の光学系で室温、313K、323Kの３つの温度で赤、緑、青の３波長のレーザを用いて測定を行い、電極表面の汚れが鮮明に観察されるほどの光電流像を得ることができた。障壁高さ像では温度によらず1.10から1.13 eVのほぼ一定の値が算出され、妥当な値が２次元評価でも得られることを実証した。また、これまでの研究成果が評価され、海外１件、国内１件の招待講演の栄誉を得た。
研究期間全体を通じた成果としては、(1)オーミック特性に近い非常にリーキーなNi/高ドープp-SiC電極において内部光電子放出測定( PR)および、界面顕微光応答測定が有効であることを示した、(2)温度可変測定系の構築として、100Kまで0.1 nA以下の低リーク電流の達成、プリベークと窒素ガスの吹付によるビューポートの曇りの低減により正確で長時間の運転を可能とした、(3)サンプルの裏面を温度可変ステージにマウントし、光を前面から照射するため、電極の薄層化を検討し、厚さ100 nm以下で測定可能な光電流が得られることを実証した、(4)薄層電極に対して170から370Kの温度領域でPRスペクトルを得ることができたことが挙げられる。これらの要素技術の立ち上げに基づき、上記R5年度の最終目標の達成に至ったので、本研究の目的はお概ね達成したと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Two‐Dimensional Characterization of Au/Ni/Thin Heavily‐Mg‐Doped p‐/n‐GaN Structure under Applied Voltage by Scanning Internal Photoemission Microscopy (2024)
  • 著者名/発表者名: Imabayashi Hiroki、Yoshimura Haruto、Horikiri Fumimasa、Narita Yoshinobu、Fujikura Hajime、Ohta Hiroshi、Mishima Tomoyoshi、Shiojima Kenji
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/pssb.202400033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectrical characterization of heavily doped p-SiC Schottky contacts (2024)
  • 著者名/発表者名: Imabayashi Hiroki、Sawazaki Hitose、Yoshimura Haruto、Kato Masashi、Shiojima Kenji
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 63 ページ: 04SP71～04SP71
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad32e0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping of ultra-high-pressure annealed n-GaN Schottky contacts using scanning internal photoemission microscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Imabayashi Hiroki、Shiojima Kenji、Kachi Tetsu
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 巻: 162 ページ: 107536～107536
  • DOI: 10.1016/j.mssp.2023.107536
  • 査読あり
• [雑誌論文] (Invited) Characterization of Metal/GaN Schottky Contacts - Review from the Early Days (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiojima Kenji
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 112 ページ: 89～107
  • DOI: 10.1149/11201.0089ecst
  • 査読あり
• [学会発表] 界面顕微光応答法によるGaNショットキー電極界面の2次元評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 塩島謙次
  • 学会等名: 応用物理学会 半導体の結晶成長と加工および評価に関する産学連携委員会 第4回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Ni/n-GaN ショットキー接触のI-V 特性における変位電流の評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 今林 弘毅、川西 健太郎、太田 博、三島 友義、塩島 謙次
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Photoelectrical Characterization of Heavily-doped p-SiC Schottky Contacts (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Imabayashi, Hitose Sawazaki, Haruto Yoshimura, Masashi Kato, Kenji Shiojima
  • 学会等名: International conference on Solid State Devices and Materials 2023 (SSDM2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Two-Dimensional Characterization of Au/Ni/Thin Heavily-Mg-Doped p-/n-GaN Schottky Contacts under Applied Voltage by Scanning Internal Photoemission Microscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Imabayashi, Haruto Yoshimura, Fumimasa Horikiri, Yoshinobu Narita, Hajime Fujikura, Hiroshi Ohta, Tomoyoshi Mishima, and Kenji Shiojima
  • 学会等名: 14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14)
  • 国際学会
• [学会発表] 金属/GaNショットキー電極評価の変遷 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塩島謙次
  • 学会等名: 電子情報通信学会電子部品・材料研究会（CPM）研究会
• [学会発表] 電圧印加界面顕微光応答法によるAu/Ni/薄層高濃度Mgドープp-GaN/n-GaNショットキー接触の二次元評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村 遥翔, 今林 弘毅, 堀切 文正, 成田 好伸, 藤倉 序章, 太田 博，三島 友義, 塩島 謙次
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 電圧印加界面顕微光応答法によるAu/Ni/薄層高濃度Mgドープp-GaN/n-GaN ショットキー接触の二次元評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村 遥翔、今林 弘毅、堀切 文正、成田 好伸、藤倉 序章、太田 博、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] 電圧印加界面顕微光応答法によるAu/Ni/薄層高濃度Mg ドープp-/n-GaN ショットキー接触の二次元評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 今林 弘毅, 吉村 遥翔, 太田 博, 三島 友義, 塩島 謙次
  • 学会等名: 先進パワー半導体分科会 第10回講演会
• [備考] 福井大学工学部電気電子情報工学科電気・電子工学講座半導体表面界面 （塩島・今林）研究室のホームページ
  • URL: http://fuee.u-fukui.ac.jp/~shiojima/integrated.html