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低欠陥密度GaN基板の熱酸化過程の評価

Investigation of thermal oxidation process in low-defect density GaN substrate

山田 高寛*; 吉越 章隆; 伊藤 丈予*; 淺原 亮平*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Yamada, Takahiro*; Yoshigoe, Akitaka; Ito, Joyo*; Asahara, Ryohei*; Watanabe, Kenta*; Nozaki, Mikito*; Nakazawa, Satoshi*; Anda, Yoshiharu*; Ishida, Masahiro*; Ueda, Tetsuzo*; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

高性能GaNパワーデバイスの実現には、リーク電流を抑制するための絶縁ゲート構造が不可欠であるため、絶縁膜/GaN界面の特性改善が必要である。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$など様々な絶縁膜が検討される中、成膜中のGa酸化物界面層の形成やGaN表面の熱酸化によるGa$$_{2}$$O$$_{3}$$層の形成など、GaN酸化物との界面において良好な界面特性が得られることが報告されている。一方、GaN表面の自然酸化膜除去やプロセス中の酸化抑制が重要であるといった報告もあり、GaN酸化の更なる理解と制御が求められている。これまで我々は、Si基板上に成長したn-GaN層(GaN/Si)の熱酸化を行い、ピット状の欠陥(転位)での優先的な酸化物形成による特異な初期酸化過程を明らかにしてきた。本研究では、GaN/Siより欠陥密度の低いGaN基板(自立GaN)の熱酸化を行い、熱酸化過程のさらなる検討を行った。自立GaNの熱酸化は、欠陥密度が低いため、900$$^{circ}$$C以上の高温から微細な粒状酸化物が形成され、さらなる高温では表面荒れをともなった酸化物成長が進行することが明らかとなった。

Thermal oxidation process of self-standing GaN (ss-GaN) substrates with low-defect density were investigated by atomic force microscopy and synchrotron radiation photoelectron spectroscopy. ss-GaN sample showed a flat surface morphology without pits which are ascribed to dislocation defects in the measured area (1 $$mu$$mx1 $$mu$$m). Therefore, the preferential formation of Ga-oxides at the pits was not observed by thermal oxidation, and the flat surface morphology was kept in the sample oxidized at 800$$^{circ}$$C (the root-mean-square (RMS) roughness of 0.14 nm). However, the ss-GaN sample oxidized at 900$$^{circ}$$C showed rough surface morphology due to the formation of small Ga-oxide grains (RMS roughness of 0.62 nm). The grains drastically grew at 1000$$^{circ}$$C, resulted in the surface morphology consisting of $$beta$$-Ga$$_{2}$$O$$_{3}$$ crystal.

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