ワイドギャップ半導体MOS界面欠陥の正体の横断的解明

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昨年度に手配したスピン励起源（アンリツ製20GHzシグナルジェネレーター）を用いて、電流検出電子スピン共鳴分光(EDMR)装置の再立上げを行った。その結果、無事、EDMRの再起動に成功した。分光装置の性能チェックを兼ねて、SiC-MOSFETの主要界面欠陥「PbCセンター（界面炭素ダングリングボンド）」のEDMR信号を再観察し、微弱な13C核スピン超微細分裂信号を十分なS/N比で検出できることを確認した。さらに、PbCのEDMR信号のMOSゲート電圧依存性を詳細に計測した。その結果、PbCセンターの2つの準位（荷電状態が+1→0、0→-1に変化する準位）がそれぞれEv+0.6eV、Ev+1.2eVと決定され（Evは価電子帯端）、2電子占有によるエネルギー上昇（実効相関エネルギー）が0.6eVと求められた。このようなデータはSi/SiO2のPbセンター（界面Siダングリングボンド）で1980年代に唯一得られている。ワイドギャップ半導体で同様のデータを初めて求めることができた。このエネルギー準位を東工大グループの定量性の高い第一原理計算（HSE06汎関数計算）で再現できるかを検証してみたところ、(0/-)準位はEv+1.2eVで非常に良く一致した。しかし(+/0)準位はEv+0.0eV付近と実験値と大きく食い違うことが分かった。つまり界面準位の定量的なエネルギー準位計算には新しいアルゴリズムが必要であることが判明した。本研究のPbCセンターの準位はアルゴリズム開発にとって重要なテストピースとなり得るものである。本年度は、ダイヤモンドMOSFET、GaN-MOSFETについても各研究機関と綿密な打ち合わせをしてEDMR専用試料の準備に取り組んだ。SiC-MOSFETでもpチャネルMOSFETの作製に取り組み、第1弾TEG試料が完成した。