Conduction Mechanism at Low Temperature of 2-Dimensional Hole Gas at GaN/AlGaN Heterointerface (低温におけるGaN/AlGaN ヘテロ界面の2 次元正孔ガスの伝導機構)

Similar documents
untitled

untitled

untitled

PowerPoint プレゼンテーション

スライド 1

Microsoft PowerPoint 修論発表_細田.ppt

untitled

AlGaN/GaN HFETにおける 仮想ゲート型電流コラプスのSPICE回路モデル

PowerPoint Presentation

Microsoft PowerPoint - semi_ppt07.ppt

窒化アルミニウムによる 高効率フィールドエミッションを実現 ディスプレイパネル実用レベルのフィールドエミッション特性

Slide 1

Electrical contact characteristics of n-type diamond with Ti, Ni, NiSi2, and Ni3P electrodes

Acrobat Distiller, Job 2

Microsoft PowerPoint - semi_ppt07.ppt [互換モード]

untitled

PowerPoint Presentation

研究成果報告書

PowerPoint プレゼンテーション

GaNの特長とパワーデバイス応用に向けての課題 GaNパワーデバイスの低コスト化技術 大面積 Si 上 MOCVD 結晶成長技術 Si 上大電流 AlGaN/GaNパワー HFET GaN パワーデバイスのノーマリオフ動作 伝導度変調を用いたAlGaN/GaNトランジスタ - Gate Inject

事務連絡

Microsoft PowerPoint - H30パワエレ-3回.pptx

物性物理学I_2.pptx

スライド 1

PowerPoint Presentation


13 2 9

Conduction Mechanism at Low Temperature of 2-Dimensional Hole Gas at GaN/AlGaN Heterointerface (低温におけるGaN/AlGaN ヘテロ界面の2 次元正孔ガスの伝導機構)

PowerPoint プレゼンテーション

Microsoft PowerPoint - 4.1I-V特性.pptx

PowerPoint プレゼンテーション

Microsoft PowerPoint - 集積回路工学(5)_ pptm

MOSFET HiSIM HiSIM2 1

Microsoft PowerPoint - 集積デバイス工学5.ppt

<4D F736F F F696E74202D2094BC93B191CC82CC D B322E >

研究成果報告書

スライド 1

fma20.PDF

<4D F736F F D2097CA8E718CF889CA F E F E2E646F63>

第 1 回窒化物半導体応用研究会平成 20 年 2 月 8 日 講演内容 1. 弊社の概要紹介 2. 弊社における窒化物半導体事業への展開 3. 知的クラスター創生事業での取り組み Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術技術開発

PowerPoint Presentation

<4D F736F F D208CF595A890AB F C1985F8BB389C88F CF58C9F8F6F8AED2E646F63>

mbed祭りMar2016_プルアップ.key

支援財団研究活動助成 生体超分子を利用利用した 3 次元メモリデバイスメモリデバイスの研究 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科小原孝介

フィードバック ~ 様々な電子回路の性質 ~ 実験 (1) 目的実験 (1) では 非反転増幅器の増幅率や位相差が 回路を構成する抵抗値や入力信号の周波数によってどのように変わるのかを調べる 実験方法 図 1 のような自由振動回路を組み オペアンプの + 入力端子を接地したときの出力電圧 が 0 と

この講義のねらい ナノ 量子効果デバイス 前澤宏一 本講義は 超高速 超高周波デバイスの基盤となる化合物半導体 へテロ接合とそれを用いたデバイスに関して学ぶ 特に高電子移動度トランジスタ (HEMT) やヘテロバイポーラトランジスタ (HBT) などの超高速素子や これらを基礎とした将来デバイスであ

Microsoft PowerPoint - 9.菅谷.pptx

Microsoft PowerPoint - 14.菅谷修正.pptx

PowerPoint Presentation

2

1. Introduction SOI(Silicon-On-Insulator) Monolithic Pixel Detector ~µm) 2

Microsoft PowerPoint - 9.Analog.ppt

21世紀COE講義2006_5.ppt

HA17458シリーズ データシート

Microsoft PowerPoint - 集積デバイス工学7.ppt

Microsoft PowerPoint _量子力学短大.pptx

Figure 1. Center and Edge comparison of a HEMT epi measured by PCOR-SIMS SM 図 1 は直径 150mm の Si ウェハ上に成長させた GaN HEMT 構造全体の PCOR-SIMS による深さプ ロファイルを示しています

弱反転領域の電荷

. ev=,604k m 3 Debye ɛ 0 kt e λ D = n e n e Ze 4 ln Λ ν ei = 5.6π / ɛ 0 m/ e kt e /3 ν ei v e H + +e H ev Saha x x = 3/ πme kt g i g e n

キャスティズム.PDF

Microsoft PowerPoint - tft.ppt [互換モード]

Title

CdTe γ 02cb059e :

PowerPoint プレゼンテーション

<4D F736F F F696E74202D208FE393635F928289BB95A894BC93B191CC8CA48B8689EF5F47614E F815B835E5F88F38DFC97702E707074>

NJM78L00S 3 端子正定電圧電源 概要 NJM78L00S は Io=100mA の 3 端子正定電圧電源です 既存の NJM78L00 と比較し 出力電圧精度の向上 動作温度範囲の拡大 セラミックコンデンサ対応および 3.3V の出力電圧もラインアップしました 外形図 特長 出力電流 10

ohpr.dvi

PowerPoint プレゼンテーション

C-2 NiS A, NSRRC B, SL C, D, E, F A, B, Yen-Fa Liao B, Ku-Ding Tsuei B, C, C, D, D, E, F, A NiS 260 K V 2 O 3 MIT [1] MIT MIT NiS MIT NiS Ni 3 S 2 Ni

GJG160842_O.QXD

PowerPoint Presentation

PowerPoint プレゼンテーション

Microsoft Word - note02.doc

α α α α α α

高速度スイッチングダイオード

プラズマ バブルの到達高度に関する研究 西岡未知 齊藤昭則 ( 京都大学理学研究科 ) 概要 TIMED 衛星搭載の GUVI によって観測された赤道異常のピーク位置と 地上 GPS 受信機網によって観測されたプラズマ バブルの出現率や到達率の関係を調べた 高太陽活動時と低太陽活動時について アジア

24

(4.15a) Hurwitz (4.15a) {a j } (s ) {a j } n n Hurwitz a n 1 a n 3 a n 5 a n a n 2 a n 4 a n 1 a n 3 H = a n a n 2. (4.16)..... a Hurwitz H i H i i H

< F91E F1835C D835E815B8CA48B8689EF5F8FE396EC2E786477>

半導体エンジニアのための CV( 容量 - 電圧 ) 測定基礎 キーサイト テクノロジー合同会社アプリケーション エンジニアリング部門アプリケーションエンジニア柏木伸之 Page 1


PowerPoint プレゼンテーション

SiC 高チャネル移動度トランジスタ

Microsoft PowerPoint - アナログ電子回路3回目.pptx


Microsoft PowerPoint - summer_school_for_web_ver2.pptx

E 1/2 3/ () +3/2 +3/ () +1/2 +1/ / E [1] B (3.2) F E 4.1 y x E = (E x,, ) j y 4.1 E int = (, E y, ) j y = (Hall ef

修士論文

untitled

Microsoft PowerPoint - 卒業論文 pptx

【NanotechJapan Bulletin】10-9 INNOVATIONの最先端<第4回>

Microsoft PowerPoint - 2.devi2008.ppt

電子回路I_4.ppt

物性物理学I_2.pptx

DMシリーズセンダスト (Fe-Si-Al) コイルの許容両端電圧 :V D はんだ処理部最大外径 :D( 縦方向 ),( 横方向 ) 最大幅 : リード全長 :=± はんだ処理境界 :=.MAX コイル品番 HDM24AQDVE 定格電流インダクタンス (khz ) 最大直流抵抗巻線仕様外形寸法

2004/4/16 (Power Technology) O 2 ( ) (Information Technology) ( ) Gas (4H) GaN andgap (ev) Electron mobility (cm 2 /Vs)

名称 型名 SiC ゲートドライバー SDM1810 仕様書 適用 本仕様書は SiC-MOSFET 一体取付形 2 回路ゲートドライバー SDM1810 について適用いたします 2. 概要本ドライバーは ROHM 社製 2ch 入り 180A/1200V クラス SiC-MOSFET

JIS Z803: (substitution method) 3 LCR LCR GPIB

Microsoft PowerPoint - 第11回半導体工学

1-2 原子層制御量子ナノ構造のコヒーレント量子効果 Coherent Quantum Effects in Quantum Nano-structure with Atomic Layer Precision Mutsuo Ogura, Research Director of CREST Pho

Transcription:

2014/03/19 応用物理学会 2014 年春季学術講演会 コンダクタンス法による AlGaN/GaN ヘテロ 接合界面トラップに関する研究 Investigation on interface traps in AlGaN/GaN heterojunction by conductance method 劉璞誠 1, 竇春萌 2, 角嶋邦之 2, 片岡好則 2, 西山彰 2, 杉井信之 2, 若林整 2, 筒井一生 2, 名取研二 1, 岩井洋 1 1 東京工業大学フロンティア研究機構, 2 東工大総理工 P. Liu 1, C. Dou 2, K. Kakushima 2, Y. Kataoka 2, A. Nishiyama 2, N. Sugii 2, H. Wakabayashi 2, K. Tsutsui 2, K. Natori 1, H. Iwai 1 1 Frontier Research Center, Tokyo Tech., 2 IGSSE, Tokyo Tech. E-mail: liu.p.aa@m.titech.ac.jp 1

AlGaN/GaN Based HEMT with Thin Insertion Ⅲ 族 - 窒化物半導体 1) 広いバンドキャップ 2) 高い移動度 分極の導入より 1) 高濃度 2) 高移動度 4H- AlGaN/ AlGaN/ Si SiC GaN /GaN バンドギャップ [ev] 1.1 3.3 3.4 絶縁破壊電界 [MV/cm] 0.3 3.0 3.3 電子飽和速度 [10 7 cm/s] 1.0 2.0 2.5 電子移動度 [cm 2 /Vs] 1500 1000 1200 >2000 正孔移動度 [cm 2 /Vs] 600 115 NA NA 熱伝導率 [W/cmK] 1.5 4.9 2.1 の導入より合金散乱が抑制され移動度が向上する Shen, L., et al. Electron Device Letters, IEEE 22.10 (2001): 457-459. S P SP P SP G P PE AlGaN GaN Sub. SP: 自発分極 PE: ピエゾ分極 2 D 2DEG

AlGaN//GaN の界面とその近傍に存在するトラップ a) 格子定数の違い & プロセス ( 界面 ) b) 窒素欠陥 ( 膜中 ) 引張ひずみ E C 格子定数の差 AlGaN GaN Metal AlGaN GaN Sub. AlGaN E fm Gate metal 2DEG GaN Kim, Hyeongnam, et al. Applied Physics Letters 86.14 (2005): 143505-143505. 界面とその近傍のトラップの存在 移動度劣化 信頼性劣化の原因 改善のためにはトラップ量の定量化が必要 Mishra, et al. PROCEEDINGS-IEEE 90.6 (2002): 1022-1031. 3

界面およびその近傍のトラップの測定方法 交流信号に対する応答からトラップ量を見積もる ( コンダクタンス法 ) トラップへの電子捕獲 / 放出時間を測定することでトラップの存在位置推定 ( トンネル確率 ) AlGaN E fm E C tunneling 界面近傍のトラップ : t bt = t 0 exp(2x) F.P. Heiman et al., IEEE TED, 12(4) 167-178(1965) Gate matel AlGaN/ 2DEG GaN GaN depletion * ox C ( E) 2m ( E E) / h C it R it 容量の周波数応答からトラップ量と位置の推定を行うことができる 4

容量の周波数特性 :Conductance 法を用いた界面評価 (x 10-6 ) (x 10-9 ) 単一エネルギーのトラップの応答 E-E i = 0.12 ev 3 5 G p / (F/cm 2 ) high-k/sio 2 /Si の界面準位の場合 2.5 2 1.5 1 0.5 0 SiO 2 /Si SiO 2 では測定されなかったピーク La-Silicate/Si high-k/sio 2 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Frequency (Hz) 4 3 2 1 G P qd it t it 1 it t 2 連続エネルギーのトラップの応答 GP q 2 G P qd it 2t Dit t it it ln 1 t 表面ポテンシャルの揺らぎを考慮 P it 2 t P ln 1 1 S S exp S 2 2 2 2 コンダクタンスピークからトラップの時定数を抽出振幅からトラップ密度を抽出することが可能 it 2 2 S d Mamatrishat, M., et al. Microelectronics Reliability 52.6 (2012): 1039-1042. S 5

ドレイン電流 A ドレイン電流 A 研究目的と測定した試料 コンダクタンス法を用いて AlGaN//GaN ヘテロ界面のトラップ密度と位置を明らかにすること TiN /Al /Ti Metal TiN /Al /Ti Al 0.25 Ga 0.75 N (25nm) TEOS-SiO 2 1 10-4 8 10-3 6 10-3 4 10-3 2 10-3 0 1 10-2 1 10-3 1 10-4 1 10-5 V g =1V V g =0V V g =-1V V g =-2V V g =-4V V g =-3V 2 4 6 ドレイン電圧 V 8 10 V d =0.1V V d =0.05V (1nm) GaN(1m) Buffer layer (1m) Si(111) Substrate 2DEG 1 10-6 1 10-7 -6-5 -4-3 -2-1 0 1 ゲート電圧 V 6

測定周波数を変えた場合のゲート容量 - ゲート電圧特性 Capacitance (F/cm 2 ) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 空乏領域 反転領域 1kHz 1.8 MHz 0-6 -5-4 -3 Gate voltage V g (V) ゲート電圧の全領域で容量の周波数分散が存在 対応したエネルギーレベルにトラップが存在することを示唆 7

G p /w (F/cm -2 ) 空乏領域のコンダクタンススペクトル 1 10-6 8 10-7 6 10-7 4 10-7 2 10-7 G P ω = q D it ln 1 + ωτ 2 2 ωτ it P ψ S dψ S it =0 で fitting - 4.1 V - 4.0 V Vg = - 3.9 V Symbol: data Dash line: model 2 種類のトラップが存在する 遅い時定数のトラップ 10 4 ~10 5 Hz 早い時定数のトラップ 10 6 ~10 7 Hz 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Frequency(Hz) 空乏領域では AlGaN//GaN の界面に 2 種類のトラップが存在するトラップ量は遅い時定数のトラップが多い 8

トラップの時定数と量のゲート電圧依存性 1 10-4 1 10-5 t (s) D it (cm -2 ev -1 ) slow trap 1 10 14 1 10 13 1 10-6 1 10-7 fast trap 1 10-8 -4.2-4.1-4.0 Vg (V) -3.9-3.8 1 10 12 1 10 11-4.2-4.1-4.0 Vg (V) -3.9-3.8 2 つのピークは AlGaN/ 界面に存在するトラップと /GaN 界面に存在するトラップによると推測 界面準位は 10 12 ~10 13 cm -2 ev -1 程度 AlGaN GaN 9

反転領域のトラップ分布の推定方法 x = t ox x = 0 (1nm) Al 0.25 Ga 0.75 N (25nm) GaN(1m) x = 0 G Buffer layer (1m) Si(111) Substrate 低い周波数 : や AlGaN 内部トラップも応答高い周波数 : 近傍の内部トラップのみ応答 境界トラップのレスポンス条件 Y. Yuan, et al., IEEE TED, vol.59, No.8 (2012) wt<1 t bt = t 0 e 2x < 1/2f x P f < 1 2κ ln 1 2πfτ 0 レスポンス条件を満たす上で数値計算 深さ方向のトラップ密度は容量の測定周波数依存性から推定する 10

深さ方向のトラップ量の算出手順 周波数 fの交流の場合 : 1 周波数 f-δfの交流の場合 : 2 x = t ox x = x 1 x = 0 x = t ox x = x 2 x = 0 C ox_1 C g_2 C g_1 C g_2 C g_1 1 2 Input parameters C tot (w), C ox, t ox, t 0, x 1 = 1 2κ ln 1 2πτ 0 f,c g_2 = t ox 1 C t ox x ox, = 1 1 1 C g_1 C tot C g_2 = t ox x 1 C t ox x g_1, ΔC bt = C g_1 2 N bt = ΔC bt q 2 Δx C g_2 1 1 C + 1 g_1 C x 2 x 1 ox t ox 容量の周波数分布の差分から深さ方向のトラップの量を算出 Capacitance (F/cm 2 ) 0.35 0.345 0.34 0.335 0.33 0.325-3.0 V -3.1 V -3.2 V -3.3 V -3.4 V Vg = -3.5 V 直列抵抗補正済 0.32 10 4 10 5 10 6 frequency 11 10 7

N bt (cm -3 ev -1 ) N bt ( 10 20 cm -3 ev -1 ) トラップ量と存在位置の推定結果 15 10 x 10 20 ~ 10 21 cm -3 ev -1 = 2. 5 nm -1 t 0 = 10-10 s 15 Vg = 3V のとき 5 ~ 10 20 cm -3 ev -1 10 0-5 -2.8 5-3 -3.2 Vg (V) -3.4-3.6 1.2 1.4 2.2 2 1.8 1.6 x 10-9 Depth (nm) 0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Depth ( 10-9 nm) 高い境界トラップ濃度 N bt =10 21 cm -3 ev -1 が /GaN 界面から 1nm あたりに見られる 空乏領域で解析した結果と一致 (1nm) Al 0.25 Ga 0.75 N (25nm) GaN(1m) Buffer layer (1m) x = 0 Si(111) Substrate 12

まとめ AlGaN//GaN 界面とその近傍のトラップをコンダクタンス法と容量の周波数解析により調べた 1. コンダクタンス法により 周波数特性では 2 つのピークが見られ AlGaN/ 界面に存在するトラップと /GaN 界面に存在するトラップによるものと考えられる 2. 反転領域では 容量の周波数解析から AlGaN/ 界面近傍に高濃度のトラップが存在しているとわかった 13

謝辞 ご清聴ありがとうございます 14

15

バックアップ ここからはバックアップです 16

デバイスの試作 i-al 0.25 Ga 0.75 N(25nm)/i-GaN(1m) on buffer/si(111) SPM and HF cleaning Al 0.25 Ga 0.75 N (25nm) GaN(1m) (1nm) Oxide deposition (plasma-teos) Patterning and BHF for SiO 2 etching Mesa isolation (RIE with Cl 2 ) SPM and BHF for SiO 2 etching Oxide deposition (plasma-teos) Patterning and BHF for S/D contact opening Metal deposition (Sputtering) TiN(50nm)/Al(60nm)/Ti(50nm) TiN /Al /Ti Buffer layer (1m) Si(111) Substrate Al 0.25 Ga 0.75 N (25nm) GaN(1m) Buffer layer (1m) Si(111) Substrate TEOS-SiO 2 TiN /Al /Ti 2DEG (1nm) Tokyo Institute of Technology 17

デバイスの試作 Patterning and RIE with Cl 2 for S/D contact Annealing in N 2 at 950 o C for 30 sec Oxide deposition (plasma-teos) Patterning and BHF for gate opening SPM and HF cleaning Gate metal (TiN) deposition (Sputtering) Gate patterning Contact opening (Buffered HF) Current [A] 6 4 2 0-2 -4 30sec in N 2 TiN(50nm) /Al(60nm) /Ti(50nm) -6x10-3 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 Voltage [V] TiN /Al /Ti 80m 300m Metal 950 o C 500 o C TiN /Al /Ti Al 0.25 Ga 0.75 N (25nm) 150m TEOS-SiO 2 FGA (H 2 : N 2 = 3% : 97%) for 10min Measurement:CV,IV,Gp/,Current collapse (1nm) GaN(1m) Buffer layer (1m) Si(111) Substrate 2DEG Tokyo Institute of Technology 18

N bt ( 10 20 cm -3 ev -1 ) 15 10 5 0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Depth ( 10-9 nm) 19

G p /w (F/cm -2 ) 1 10-6 8 10-7 6 10-7 4 10-7 2 10-7 0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Frequency(Hz) 20

D it (cm -2 ev -1 ) 1 10-4 1 10-5 1 10-6 slow trap 1 10 14 1 10 13 1 10-7 fast trap 1 10-8 -4.2-4.1-4.0 Vg (V) -3.9-3.8 1 10 12 1 10 11-4.2-4.1-4.0 Vg (V) -3.9-3.8 21

4H- AlGaN/ AlGaN/ Si SiC GaN /GaN バンドギャップ [ev] 1.1 3.3 3.4 絶縁破壊電界 [MV/cm] 0.3 3.0 3.3 電子飽和速度 [10 7 cm/s] 1.0 2.0 2.5 電子移動度 [cm 2 /Vs] 1500 1000 1200 >2000 正孔移動度 [cm 2 /Vs] 600 115 NA NA 熱伝導率 [W/cmK] 1.5 4.9 2.1

E C E C AlGaN AlGaN E fm E fm Gate matel 2DEG GaN Gate metal 2DEG GaN E C AlGaN tunneling E fm Gate matel 2DEG GaN

ドレイン電流 A 1 10-2 1 10-3 V d =0.1V 1 10-4 V d =0.05V 1 10-5 1 10-6 1 10-7 -6-5 -4-3 -2-1 0 1 ゲート電圧 V 24

ドレイン電流 A 1 10-4 8 10-3 6 10-3 4 10-3 2 10-3 0 V g =1V V g =0V V g =-1V V g =-2V V g =-4V V g =-3V 2 4 6 ドレイン電圧 V 8 10

AlGaN/ GaN depletion C it R it