超低損失パワーデバイス実現に向けた窒化ガリウム中の深い準位の生成メカニズムの解明

阐明氮化镓深层能级形成机制，实现超低损耗功率器件

• 批准号: 19J23296
• 负责人: 鐘ヶ江 一孝
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J23296/
• 关键词: ワイドバンドギャップ半導体; 窒化ガリウム; 炭化ケイ素; 深い準位; 点欠陥; DLTS; 容量過渡分光; 炭素; 補償アクセプタ; 低ドーピング制御; 正孔トラップ; 深いアクセプタ

本年度は、窒化ガリウム及び炭化ケイ素中でデバイスプロセスによって生じる欠陥準位の深さ方向分布の抽出方法の開発を行った。前年度まで行っていた窒化ガリウム中の炭素アクセプタ密度の定量において、炭素アクセプタの密度が深さ方向に均一であることを仮定していた。本年度は、より一般的な深さ方向に密度分布を有する場合を考慮するため、デバイスプロセスによって意図的に深さ方向分布を生じさた欠陥密度の定量を行った。窒化ガリウム及び炭化ケイ素の表面に対して反応性イオンエッチングによる全面エッチングを行い、表面から深さ方向に密度分布を有する欠陥を形成した。エッチングした試料の表面にショットキー電極を形成し、等温過渡容量分光法によりエッチング誘起欠陥を評価した。従来法では、欠陥密度分布の空間分解能と密度の感度にトレードオフの関係があり、急峻に変化する密度分布の定量は困難であった。本研究で提案した方法では、接合に印加する充填パルス電圧と測定電圧を細かく変化させ、測定した平均的欠陥密度の空乏層幅依存性を詳細に解析することで、上述のトレードオフの関係を回避した。本研究により提案された欠陥密度の深さ方向分布の抽出方法と窒化ガリウム中の炭素アクセプタ密度の定量手法を組み合わせることで、炭素アクセプタ密度が深さ方向分布を有する場合でも、その密度分布を精密に定量することが可能となった。また、空間分解能と欠陥密度の検出感度に優れる本手法は、デバイスプロセス誘起欠陥の評価に有用である。実際に、表面に局在する窒化ガリウム及び炭化ケイ素中の反応性イオンエッチング誘起欠陥密度の深さ方向分布の抽出に成功した。反応性イオンエッチングによって形成された炭化ケイ素中の炭素空孔欠陥と格子間炭素欠陥の密度の深さ分布から、エッチングによるこれらの対照的な炭素関連欠陥の生成メカニズムの解明に至った。

今年，我们开发了一种提取氮化镓和碳化硅器件工艺过程中产生的缺陷水平深度分布的方法。在前一年进行的氮化镓中的碳受体密度的定量化中，假设碳受体的密度在深度方向上是均匀的。今年，为了考虑在深度方向上具有密度分布的更一般情况，我们量化了缺陷密度，其中深度分布是由器件工艺有意创建的。通过反应离子蚀刻对氮化镓和碳化硅的表面进行整体蚀刻，形成从表面到深度方向具有密度分布的缺陷。在蚀刻样品的表面上形成肖特基电极，并使用等温瞬态电容谱评估蚀刻引起的缺陷。在传统方法中，缺陷密度分布的空间分辨率和密度灵敏度之间存在权衡，使得难以量化快速变化的密度分布。在本研究提出的方法中，我们精细地改变施加在结上的填充脉冲电压和测量电压，并详细分析测量的平均缺陷密度对耗尽层宽度的依赖性，从而解决了上述权衡关系避免。通过将本研究提出的提取缺陷密度深度分布的方法与量化氮化镓中碳受体密度的方法相结合，即使碳受体密度具有深度分布，也可以精确地确定密度分布。可以量化数量此外，该方法具有出色的空间分辨率和缺陷密度检测灵敏度，可用于评估器件工艺引起的缺陷。事实上，我们成功地提取了氮化镓和碳化硅表面局部反应离子蚀刻引起的缺陷密度的深度分布。通过反应离子蚀刻形成的碳化硅中的碳空位缺陷和间隙碳缺陷的密度的深度分布使得通过蚀刻阐明这些与碳相关的对比缺陷的形成机制。

项目成果

Quick measurement method of carbon-related defect concentration in n-type GaN by dual-color-sub-bandgap-light-excited isothermal capacitance transient spectroscopy

双色亚带隙光激发等温电容瞬态光谱快速测量n型GaN中碳相关缺陷浓度的方法

• 发表时间: 2019
• 作者: Kazutaka Kanegae;Tetsuo Narita;Kazuyoshi Tomita;Tetsu Kachi;Masahiro Horita;Tsunenobu Kimoto;Jun Suda
• 通讯作者: Jun Suda

光過渡容量分光法によるn 型GaN 中の正孔トラップ密度の高速かつ精密定量手法

使用光学瞬态电容光谱法快速、精确地量化 n 型 GaN 中的空穴陷阱密度的方法

• 发表时间: 2019
• 作者: 鐘ヶ江一孝;成田哲生;冨田一義; 加地徹;堀田昌宏;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

光過渡容量分光法を用いたn型GaN中の正孔トラップ密度の精密かつ高速定量手法

利用光学瞬态电容光谱准确快速定量测定 n 型 GaN 中的空穴陷阱密度

• 发表时间: 2019
• 作者: 鐘ヶ江一孝;成田哲生;冨田一義; 加地徹;堀田昌宏;木本恒暢;須田淳
• 通讯作者: 須田淳

Deep-level transient spectroscopy studies of electron and hole traps in n-type GaN homoepitaxial layers grown by quartz-free hydride-vapor-phase epitaxy

• DOI: 10.1063/1.5098965
• 发表时间: 2019-07
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: K. Kanegae;H. Fujikura;Y. Otoki;Taichiro Konno;Takehiro Yoshida;M. Horita;T. Kimoto;J. Suda

Dual-color-sub-bandgap-light-excited isothermal capacitance transient spectroscopy for quick measurement of carbon-related hole trap density in n-type GaN

双色亚带隙光激发等温电容瞬态光谱快速测量 n 型 GaN 中与碳相关的空穴陷阱密度

• DOI: 10.35848/1347-4065/ab6863
• 发表时间: 2020
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kanegae Kazutaka;Narita Tetsuo;Tomita Kazuyoshi;Kachi Tetsu;Horita Masahiro;Kimoto Tsunenobu;Suda Jun
• 通讯作者: Suda Jun