2018 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, 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 / MIS界面 / 中間層 / 自然酸化膜 |
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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型水素センサに関しては、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。2017年度の研究によって、この自然酸化膜が通常の半導体にみられるアモルファス構造ではなく、結晶性の酸化ガリウムがナノシート状になっており、さらにはその酸化ガリウムの格子は窒化ガリウムと整合していることを明らかにした。2018年度は、紫外光電子分光法(UPS)を用いて、この自然酸化膜の電子物性的評価を行った。その結果、以下の3点が明らかになった。
1)価電子帯上端からフェルミレベルに向けてテールを引いており、表面準位の存在を示唆している。このような表面準位はGaN(0001)清浄面でも確認されており、Ga空孔関連の欠陥の存在が起因すると報告されている。また、これまでの研究で自然酸化膜が複数の結晶系からなる可能性も確認されており、この粒界の存在のために表面準位が現れる可能性がある。
2)ピークエネルギーがGaN(0001)清浄面のそれとは異なっている。GaN(0001)清浄面のピークエネルギーはGa(4s)-N(2p)の混生軌道に関係するが、GaN(0001)自然酸化膜ではGa(4s)-O(2p)の混生軌道に関係すると予想されるためである。
3)一般的に報告されているGaN(0001)清浄面のUPSスペクトルは今回のGaN(0001)自然酸化膜のUPSスペクトルに似ているものがある。GaNの自然酸化膜は除去することが困難であることが知られており、UPSスペクトルのみで清浄度を判断する際には注意が必要である。
その他、窒化ガリウムの金属－絶縁膜－半導体(MOS)構造において、絶縁膜－半導体界面に数原子層の結晶性中間層が存在することを明らかにした。この層は、界面特性に本質的な役割を果たすと思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2018年度は、窒化ガリウムの金属－絶縁膜－半導体(MOS)構造において、絶縁膜－半導体界面に自然酸化膜に酷似した構造の結晶性中間層が存在することを明らかにした。この層は、界面特性に本質的な役割を果たすものであり、電子素子の特性向上のために重要であると思われるが、本研究の目的の水素センサにおける位置づけは不明であり、今後の研究で明確にする必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
窒化ガリウムの金属－絶縁膜－半導体(MOS)構造を持つ素子において、水素応答と界面構造の相関を明らかにすると同時に、高特性センサ実現につなげる。
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| Causes of Carryover |
2018年度は研究が当初の目的外の方向に進んだために予算に余剰が生じた。2019年度は当初の研究目的を遂行するために必要な設備を導入する。
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[Presentation] Comprehensive study of native oxides on GaN2018
Author(s)
Yoshihiro Irokawa, Kazutaka Mitsuishi, Taku T. Suzuki, Kazuya Yuge, Akihiko Ohi, Toshihide Nabatame, Tsuyoshi Ohnishi, Koji Kimoto and Yasuo Koide
Organizer
The International Workshop on Nitride Semiconductors 2018 (IWN 2018)
Int'l Joint Research
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