| 研究課題/領域番号 |
26420702
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
前田 将克 日本大学, 生産工学部, 准教授 (00263327)
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| 研究分担者 |
高橋 康夫 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80144434)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | n型炭化ケイ素 / p型窒化ガリウム / コンタクト通電特性 / 通電熱処理 / 界面反応制御 / 脆弱層形成の抑制 / 過渡現象 |
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| 研究実績の概要 |
n型炭化ケイ素（n-SiC）と金属配線材の界面でのコンタクト抵抗を低減するにはSiCに隣接してNiSi層を形成することが有効であることが知られているが，NiとSiCの界面反応ではNiSi層ではなくNi2Si+C層を生じる．加えて，このNi2Si+C層が脆弱であるため，この界面構造の信頼性は著しく低い．この脆弱性はC相の存在に起因しており，C相を生じないよう反応制御することが求められる．本研究ではCとの親和性が高いTiを用いてTiCを形成するよう界面反応を制御することを試みた．(0001)から[11(-2)0]方向に8°傾斜した表面方位を有するn型4H-SiC単結晶基板上にNi, Tiの順にそれぞれ100, 80 nm成膜し，1273 Kで非常に短い時間真空熱処理した．その結果，Niのみを成膜して同様の熱処理を施した場合に比べて，同等の低抵抗オーミックコンタクト特性を維持したまま著しく機械的強度を向上させることに成功した．このとき，界面にはTiCが形成されている．これはC相の形成を抑制した界面反応制御が可能であることを示している．
p型窒化ガリウム（p-GaN）の低抵抗コンタクト電極の形成に関しては，引き続き通電熱処理の効果について調べた．(0001)を表面方位とするp-GaN上にNiを成膜し，高純度N2雰囲気下で電極間に10 Vの電圧を印加しながら673 Kで熱処理し，熱処理時間による電気抵抗変化を計測した．その結果，熱処理の初期においては電圧を印加しない場合に比べて電気抵抗の低下が緩慢であることが判明した．一方，電圧を印加しない場合は早期に電気抵抗の低下が収束するのに対し，電圧を印加すると電気抵抗低下が持続し，電圧を印加しない場合の1/3に達する．これは，電圧を印加しない場合はGaN表面からごく表層近傍の水素が脱離するのに対し，電圧を印加した場合はGaN全体の水素が電極近傍に流動してから電極界面を通して脱離することによると理解される．
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| 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
次世代高効率パワー素子用半導体材料として期待されているSiCおよびGaNの低抵抗コンタクト界面構造とそのプロセス制御に関する課題に対して有効な解決方法の提示とその実証を行った．
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| 今後の研究の推進方策 |
通電熱処理によるp-GaNへの電極形成プロセスに適した電極膜材料を模索する．本研究では電極材としてNiを使用してきたが，本年度の研究において電極近傍での水素脱離がプロセスの律速過程であることが判明した．これを改善するため，Niと同様に大きな仕事関数を有し，加えて水素等可能に優れるパラジウムを電極候補材に選定し，これまでと同様に通電熱処理によるコンタクト電極形成を行う．その結果をこれまでのNi電極で得られた結果と比較することにより，電極膜材料選択の指針を得る．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
H27年度は解決法が未知である困難な課題に取り組む必要があった．このため，グループ内で十分な討論時間が必要と判断し，旅費の不足が生じないよう配慮した予算配分を行った．しかし，研究代表者と分担者の日程が合わせられず，多くの議論をインターネット上の会議で進めざるを得なかった．その結果，プロセスの開発とその実証は当初計画以上の成果を上げた半面，界面組織解析が若干遅れ気味に進捗する状態となっている．H28年度は，この界面組織解析を重点的に進める計画としており，H27年度に生じた次年度使用額は当初計画通りの使途で使用する．
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| 次年度使用額の使用計画 |
H27年度に生じた次年度使用額はH28年度も旅費の一部として組み込み，全額を適切に執行する．
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