【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23AE0016

利用課題名 / Title

軟X線放射光光電子分光によるArスパッタしたm面GaNの化学状態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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

III-V族窒化物,m-GaN,Arイオン照射,酸化処理,その場観察XPS ,放射光/ Synchrotron radiation

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,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-010：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)

縦型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、面内にイオン注入による部分的なp型化が困難である。そのためにGaNのnpn積層からトレンチ構造を形成している。チャネル層は側壁であるm面に形成されるが、プラズマエッチングによるダメージが残る。さらにm面GaNと良好なMOS構造を形成するには、ダメージを受けたチャネル層（m面）表面の化学状態の理解が重要となる。 本研究ではm面GaNに対してさまざまな処理を行って、表面での化学状態がどのように変化するか検討することを目的とした。Arイオン照射をプラズマエッチングによるダメージ、その後の酸化ガス照射をMOS構造形成といった実際のデバイスプロセスに近い形の環境を条件として、m面GaN表面の化学状態を調べた。

実験 / Experimental

有機金属化学堆積法で導電性のあるm面(10-10) GaNバルク基板上に成長したGaN薄膜試料を用いた。裏面にTi/Auのオーミック電極を形成した。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、Arイオン照射（Arガス6×10^-4 Pa, 1 kV, 3.6µA）を40分間行った。その後NOガス（Flux: 7.5×10¹³ cm^-2s^-1）を導入しながら、約１時間にわたって730 eVの放射光を用いてO1sコアスペクトルを60秒毎に測定した。大気暴露せずに試料交換室でAuを蒸着して１㎜φのショットキー電極を形成した。

結果と考察 / Results and Discussion

m-GaN表面にArイオン照射を行ったところ、吸着酸素が少なくなった。また、Arスパッタすると、N1s強度も半分程度になって表面からNが脱離した。それと同時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。この価電子帯の変化は再現性があり、m面GaNに特有の現象と思われる。NOガスを１時間照射した後では価電子帯上端の状態が減少した。H₂OやN₂O よりNO fluxが１桁低かったため完全に消失しなかった。表面状態をAuで埋め込んだ試料を取り出した後にショットキー電極によるCV測定を行った。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

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

なし

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.

1. 14th Int’l conference on nitride semiconductorにて発表（2023. 11.14）

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