【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.31】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AE0032

利用課題名 / Title

軟X線放射光光電子分光による表面処理したm面GaNのその場酸化化学状態の分析とショットキー電極形成

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

III-V族窒化物,Arイオン照射,表面処理,その場観察XPS

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

角谷 正友

所属名 / Affiliation

国立研究開発法人物質・材料研究機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

津田泰孝,橋本安寿佳,吉越章隆

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AE-001：表面化学実験ステーション

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

GaN-MOSトランジスタはパワーデバイスとして有望であるが、イオン注入による部分的なp型化が困難であるため、縦型パワーデバイスにするためにトレンチ構造となっている。そのためチャネル層は側壁であるm面に形成され、MOS構造を形成する際にさまざまな面が同時に酸化ガスに曝される。これまでにさまざまな酸化ガスを照射してGaN表面酸化の面方位依存性を検討してきた。
 本研究では酸素が抜けないm面GaN表面にArイオンを照射した時の表面構造とN₂O分子を照射した際の酸素の結合状態の経時変化を観測し、その後大気に開放することなくAuショットキー電極を処理したGaN試料上に蒸着することを目的とした。

実験 / Experimental

有機金属化学堆積法で導電性のあるm面(101(_)0) GaNバルク基板上に成長したGaN薄膜試料を用いた。試料をBL23SUの装置に導入して、表面清浄化のため超高真空下800℃で加熱し、Arイオン照射（Arガス2×10^-5 Pa, 1 kV, 2.3 A）を40分間行った。その後N₂O分子線（1×10^-5Pa）を約2時間照射した。各表面処理後に730 eVの放射光を用いてコアスペクトルを測定した。測定後チャンバー内で表面状態を埋め込むようにAu蒸着を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

測定前の800℃でのアニールでともにカーボンはほとんど除去されたが、m-GaN表面の酸素はほとんど残留したままであった。このような表面にArイオン照射を行ったところ、吸着酸素が極端にと少なくなった。また、ArスパッタによってN1s強度が減少するとともに価電子帯上端に電子状態が出現した。これはN抜けによって残ったGa 3s軌道ではないかと考えている。このようなm面GaN表面にN₂O照射を約2時間行ったところ、H₂O場合と同様にN₂O照射すると価電子帯上端の状態は消失した。大気に開放することなくこのように表面状態の異なるm-GaN表面にAu蒸着をチャンバー内で行うこともできた。CV測定による評価を行う。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　アニールとArイオン照射、N₂O分子線照射後のm-GaN価電子帯スペクトル．

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件