| 研究課題/領域番号 |
25420300
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
中野 由崇 中部大学, 総合工学研究所, 准教授 (60394722)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | AlGaN/GaNヘテロ構造 / 電流コラプス / 欠陥準位 / スイッチング特性 / 有機金属気相成長 / 炭素 / GaNバッファ層 / ショットキーダイオード |
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| 研究概要 |
AlGaN/GaNヘテロ界面の2次元電子ガスを用いた高移動度トランジスタは省エネルギー型の高周波パワーデバイスとして期待されているが、結晶中に存在する欠陥準位の存在によりスイッチング特性が不安定となる電流コラプス問題が顕在化している。AlGaN層への表面保護膜形成やゲート電極形状による電界緩和により、電流コラプスは7割程度抑制されているが、未だ完全排除には至っていない。本研究では、バルク結晶における電流コラプス現象の原因解明を最終目的としている。平成25年度は、有機金属気相成長法における結晶成長温度をパラメータとして炭素ドーピングの観点からGaNバッファ層に存在する欠陥準位とターンオン時のスイッチング特性の相関関係をショットキーダイオードを作製し詳細に検討した。
結晶成長温度が低い程(1170℃→1120℃)、GaNバッファ層に存在する残留炭素量は1e16cm-3台で増加し、伝導帯下2.07, 2.75, 3.23eVに炭素関連の欠陥準位が顕在化することを光容量過渡分光測定から明らかにした。それぞれの欠陥準位はGa空孔(Ga空孔-酸素), Ga空孔-炭素, 炭素に帰属するものと思われる。同時に、炭素量が多くなる程、スイッチング特性が遅くなることをオフ状態からのターンオン電流回復特性評価から明らかにした。したがって、ターンオン状態では2次元電子ガスがゲート電極へ順方向に流れるのに対して、その一部がGaNバッファ層の欠陥準位にトラップされるため、スイッチング特性が遅くなると考えられる。更に、これらの欠陥準位エネルギーに対応する光照射を組み合わせてターンオン電流回復特性を評価することで、スイッチング特性に対するそれぞれの欠陥準位の影響を明確に分離した。3つの炭素関連の欠陥準位の内、伝導帯下2.75eV付近に存在する欠陥準位がスイッチング特性を支配していることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成25年度の実験では、連携研究者の協力により、成長パラメータを変更して異なる残留炭素量を有するAlGaN/GaNヘテロ構造を自前でタイムリーに結晶成長することができたため、バルク結晶における欠陥準位とスイッチング特性の相関検討も順調に進んだ。また、平成26年度に予定していた実デバイスの動作温度に近い高温度(80℃,120℃)におけるスイッチング特性の評価も一部前倒しして行った。その結果、欠陥準位との相関を詳細に検討するには、室温での遅いスイッチング特性の方が好都合であることも分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度は、市販のAlGaN/GaNヘテロ構造ウエハを数種類購入し、バルク結晶における欠陥準位とスイッチング特性の相関検討をウエハレベルで行い、これまでの実験結果の信頼性を確認する予定である。特に、フォトルミネッセンス, 光容量過渡分光法, スイッチング特性評価を組み合わせることで、ウエハ面内の部位による違いを明らかにし、実デバイスに近い形でバルク結晶内での電流コラプス現象の原因解明を行う予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成25年度の実験では、連携研究者の協力により、成長パラメータを若干変更することで異なる残留炭素量を有するAlGaN/GaNヘテロ構造を自前でタイムリーに結晶成長することができたため、消耗品代(市販のAlGaN/GaNウエハ代)を繰り越すこととなった。
平成26年度は、市販のAlGaN/GaNヘテロ構造ウエハを数種類購入し、ウエハレベルでバルク結晶における欠陥準位とスイッチング特性の相関を検討し、より実デバイスに近い形でバルク結晶内での電流コラプス現象の原因解明を行う予定である。
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