GaN系半導体界面の制御と電界効果トランジスタの試作に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650320
• Research Institution: Hokkaido Institute of Technology
• Principal Investigator: 澤田 孝幸 北海道工業大学, 工学部, 教授 (40113568)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北守 一隆 北海道工業大学, 工学部, 教授 (40153134)
• Keywords: GaN / AlGaN / AlGaN / GaNヘテロ構造 / ショットキーダイオード / I-V-T特性 / ショットキー障壁高さ / 陽極エッチング / 表面フェルミ準位

Research Abstract

今年度は、金属/GaN界面電子特性の一層の理解とその制御、AlGaN/GaNヘテロ構造の評価、デバイス作製のための基本プロセスの開発を中心に検討を行い、以下の成果を得た。
1.金属/GaN界面電子特性の理解;(1)金属/n, p-GaNショットキーのI-V-T, C-V-T特性の振舞いは、障壁高さの不均一性を考慮した「表面パッチ」モデルで統一的・定量的に説明できることを示した。(2)金属/GaN界面に対する電荷中性点のエネルギーE_0は、価電子帯上端から約2.5eVの位置に存在すること、E_0は絶縁膜/GaN界面における熱平衡フェルミ準位位置と対応していることを示した。(3)AlGaN混晶ショットキーのI-V-T測定から、HEMTに用いられるキャリア密度領域では、実効的ショットキー障壁高さは室温で著しく減少していること、一方、真の障壁高さはGaNよりも大きいことを明らかにした。
2.金属/GaN界面制御プロセスの検討;電解液中における陽極酸化処理および酸素雰囲気中における熱酸化処理により、ショットキー障壁高さが0.05〜0.2eVの範囲で増大させ得ることを示した。
3.GaN結晶成長の計算機シミュレーション;プラズマ窒素源を用いたGaNのMBE成長について、逆置換形格子欠陥の形成を取り入れたモンテカルロシミュレーションプログラムを新たに開発した。
4.AlGaN/GaNヘテロ構造の評価とデバイスプロセスの検討;(1)C-V測定により、AlGaN層中の不純物密度と界面の2次元電子密度を評価する手法を確立した。(3)湿式陽極エッチングにより、HEMT作製のためのメサ形成技術を確立した。また、HEMTデバイスのリソグラフィパターンを設計・製作した。

Research Products

• [Publications] T.Sawada: "Interface Properties of Metal/GaN Schottky Revealed from I-V-T Measurements"Abstract of Frontier Science Research Conference. 13・No.14. 57-60 (2002)
• [Publications] K.Suzuki: "Photoluminescence Measurements on Undoped CdZnTe Grown by the High-Pressure Bridgman Method"J.Electronic Materials. 30,No.6. 603-607 (2001)
• [Publications] M.Sasaki: "Electron-Phonon Coupling of Deep Emission in ZnSeTe Alloy"J.Crystal Growth. 227/228. 683-687 (2001)
• [Publications] K.Suzuki: "Optical Characterization of Nuclear Detector Materials"phys.stat.sol.(b). 229・No.1. 601-604 (2002)
• [Publications] T.Sawada: "Characterization of Metal/GaN Schottky Interfaces Based on I-V-T Characteristics"Appl.Surf.Sci.. (掲載決定). 4 (2002)
• [Publications] 佐々木陽介: "水素処理によるZnSe表面層のクリーニング効果"北海道工業大学研究紀要. 30号(3月末刊行). 6 (2002)