2017 Fiscal Year Research-status Report
実験と理論の融合による半導体デバイス型水素センサの高性能化
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17K06365
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
色川 芳宏 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点 電気・電子機能分野 ワイドバンドギャップ材料グループ, 主幹研究員 (90394832)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 自然酸化膜 / 準安定酸化ガリウム / ナノシート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化ガリウムショットキーダイオードの水素応答性に関しては、電極金属と半導体（窒化ガリウム）間に存在する自然酸化膜が重要な役割を果たすことが報告されているが、詳細な応答メカニズムは不明である。また、この自然酸化膜の構造等についてはほとんど知られていない。そこで、本年度は、窒化ガリウムショットキーダイオードの水素応答性のメカニズムを解明することを目的として、窒化ガリウムの自然酸化膜の構造を調べた。試料としてはHVPE法（ハイドライド気相成長法）で作製されたバルク窒化ガリウム単結晶の(0001)面を用いた。試料をSPM洗浄（硫酸と過酸化水素水の混合液)後に、クリーンルーム内に長時間放置して、自然酸化膜を形成した。X線反射率法による測定の結果、窒化ガリウム表面には約1.1nmの異層が存在し、また、AFM測定によって、そのRMSが0.087nmときわめて平坦であることが確認された。その後、超高真空チャンバーにロードして、表面観測を行った。観測手法としては、LEIS（低速イオン散乱分光法）及びRHEED（反射高速電子回折）を用いた。試料の表面を清浄化するために、超高真空中で750℃、15分の加熱を行った。LEISの結果、窒化ガリウムの自然酸化膜の表面はガリウムと酸素のみで構成されていることがわかった。さらに、角度分解測定を行ったところ、ガリウムのピークが6回対称であることが明らかになった。この結果から、窒化ガリウムの自然酸化膜はアモルファスではなく、単結晶の酸化ガリウムがナノシート状になっていることが判明した。さらに、入射角度を様々に変えてRHEEDを行うことによって、単結晶の酸化ガリウムナノシートは窒化ガリウムに格子整合していることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで窒化ガリウムの自然酸化膜については未知であったが、今回の研究によって、その実態が、窒化ガリウムに格子整合した単結晶の酸化ガリウムがナノシート状になっていることが初めて明らかになった。この発見は、水素センサのみならず窒化ガリウムデバイス全般に対して重要な知見になりうる。
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| Strategy for Future Research Activity |
窒化ガリウムショットキーダイオードの水素応答性のメカニズムを解明するために、窒化ガリウムと自然酸化膜のバンドアラインメントおよび自然酸化膜のバンドギャップ内準位と水素との関係を調べる。その後、インフォマティクスを用いて、電極金属と半導体間の絶縁膜を最適化して、高特性な水素センサに繋げる。
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| Causes of Carryover |
本年は想定外の方向で研究の進展がみられたため、予定品の購入を次年度にまわした。
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[Journal Article] Electron microscopy studies of the intermediate layers at the SiO2/GaN interface2017
Author(s)
Kazutaka Mitsuishi, Koji Kimoto, Yoshihiro Irokawa, Taku Suzuki, Kazuya Yuge, Toshihide Nabatame, Shinya Takashima, Katsunori Ueno, Masaharu Edo, Kiyokazu Nakagawa, and Yasuo Koide
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 56
Pages: 110312
Peer Reviewed
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