窒化ガリウム結晶及びデバイスにおける貫通転位に起因した漏れ電流発生機構の解明

阐明氮化镓晶体和器件中穿透位错引起的漏电流产生机制

基本信息

批准号：
20J10170
负责人：
濱地威明
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10170/
关键词：
窒化ガリウム貫通転位電流漏れショットキー接触転位構造解析電気伝導機構らせん転位バーガースベクトル電流漏れ現象透過電子顕微鏡多光子励起フォトルミネッセンス顕微鏡ナノビームX線回折転位伝播様式

项目摘要

NaフラックスGaN基板上にハイドライド気相成長で育成したGaN基板を対象に、前年度までに確立した技術により、多数の単独貫通転位にショットキー接触を作製し、電流-電圧-温度（I-V-T）特性を計測・解析した。特に、前年度解明された貫通転位のエッチピットとバーガースベクトル（b）の一対一対応関係を活用し、過去に漏れ電流源となることが報告されているらせん転位及び混合転位を選択的に評価した。室温I-V測定の結果、大多数のらせん・混合転位では漏れ電流が比較的抑制されていた一方で、らせん転位の中の極少数が異常に大きな漏れ電流を生じることを見出した。I-V-T特性の解析により、この異常ならせん転位では、小さな漏れ電流を生じた他の転位とは異なる欠陥準位を介した、特異な電気伝導機構で電流が生じていることが明らかとなった。透過電子顕微鏡及び多光子励起顕微鏡により、(i)大きな電流漏れを示したらせん転位の構造的特徴及び、(ii)小さな電流漏れを示した大多数のらせん・混合転位における伝播形態と電気特性の関連性を評価した。(i)について、大きな漏れ電流を生じたらせん転位のb、コアタイプ、伝播挙動は、漏れ電流の小さな他のらせん転位と同様であり、大きな電流漏れがこれらの構造的特徴には起因しないことが示された。一方、らせん転位のヘリカル形態（振幅や周期等）は個々に多様であり、らせん転位と点欠陥の反応が高頻度かつ多様な様式で生じていたことが示唆された。これより、結晶成長過程での局所的な成長条件揺らぎが起因して、一部のらせん転位で芯部分の結晶構造が原子レベルで変異した結果、大きな漏れ電流に寄与する致命的な欠陥準位が形成されたものと推察された。(ii)について、漏れ電流の小さな多数のらせん・混合転位については、転位のbや傾斜方位等が漏れ電流度合いやショットキー障壁高さにほぼ影響しないことを明らかとした。

利用去年建立的技术，我们在Na助熔剂气相生长的GaN衬底上形成了多个单线位错肖特基接触，并对开发的电流-电压-温度（I-V-T）特性进行了测量和分析。。特别是，利用前一年阐明的螺纹位错的蚀刻坑和伯格斯矢量（b）之间的一一对应关系，我们选择性地评估了螺旋位错和混合位错，这已被报道为螺纹位错的来源。过去有漏电流。通过室温 I-V 测量，我们发现虽然大多数螺型位错和混合位错的漏电流相对受到抑制，但极少数螺型位错产生了异常大的漏电流。 I-V-T特性分析表明，这种异常螺型位错通过独特的导电机制通过缺陷能级产生电流，这与其他产生小漏电流的位错不同。使用透射电子显微镜和多光子激发显微镜，我们研究了（i）显示大电流泄漏的螺旋位错的结构特征，以及（ii）显示小电流泄漏的大多数螺旋位错和混合位错的传播形式和电性能。评估了相关性。对于(i)，引起大漏电流的螺型位错的b、核心类型和传播行为与其他具有小漏电流的螺型位错类似，并且大电流泄漏不是由这些结构特征引起的。被展示了。另一方面，每个螺型位错的螺旋形态（振幅、周期等）是多种多样的，这表明螺型位错与点缺陷之间的反应频繁且以各种方式发生。结果，由于晶体生长过程中生长条件的局部波动，核心部分的晶体结构由于一些螺旋位错而在原子水平上发生变化，导致致命的缺陷水平，从而导致大漏电流。它的形成。关于(ii)，我们发现对于许多漏电流小的螺旋/混合位错，位错的b和倾斜方向对漏电流的程度或肖特基势垒的高度几乎没有影响。