Interface charge engineering for manipulation of band alignment at dielectric interfaces and demonstration of its impact on device characteristics

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界面バンドアライメントは，電子デバイスにおいて絶縁膜の機能を決定する重要なパラメーターの１つである。本研究では界面で生じるダイポール効果や，界面への修飾元素の挿入によってバンドアライメントが変化する現象についての理解と解析を行っている。まず4H-SiC/SiO2界面のバンドアライメントは，界面欠陥構造の終端の目的のために最表面のCをN置換された構造をつくると生じるダイポール効果によって影響される。SiCの面方位を(0001)，(000-1)，(1-100)と変更して比較したところ，面方位によってダイポールの向きが異なり，それに伴ってMOS構造を流れるリーク電流の大きさが強く影響されることを実証した。また，このバンドアライメントの変化に伴うMOSFETの閾値の負方向のシフトを打ち消す目的で，Al2O3の極薄膜をSiO2上に堆積した構造としたところ，Al2O3/SiO2界面で生じる逆向きのダイポールによって閾値を正方向にシフトさせることに成功した。次にβ-Ga2O3/SiO2界面について，Ga2O3基板上へのSiO2堆積後の熱処理に伴うバンドアライメントの変化を光電子分光の価電子帯スペクトルから解析した。600℃では変化は小さいが1000℃で価電子帯のオフセットが大幅に低減した。しかしこの変化量はSiO2の形成手法に大きく依存しており，例えば原子層堆積を用いた化学蒸着法では抑制されていたため，今後に原因の解明を進める予定である。さらに，ペロブスカイト酸化物薄膜のエピタキシャル界面に，成長軸方向に正負の電荷の偏りを持つ層が交互に積層する分極材料であるLaAlO3を数nmだけ挿入する構造が示すダイポール効果について，積層順序を一様に揃える成長条件を見出し，ダイポール効果の効果的な発現を実証した。今後は積層順序の面内均一性を定量的に評価し，同系でのダイポール効果の制御を実証する。