窒化ガリウム結晶及びデバイスにおける貫通転位に起因した漏れ電流発生機構の解明

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NaフラックスGaN基板上にハイドライド気相成長で育成したGaN基板を対象に、前年度までに確立した技術により、多数の単独貫通転位にショットキー接触を作製し、電流-電圧-温度（I-V-T）特性を計測・解析した。特に、前年度解明された貫通転位のエッチピットとバーガースベクトル（b）の一対一対応関係を活用し、過去に漏れ電流源となることが報告されているらせん転位及び混合転位を選択的に評価した。室温I-V測定の結果、大多数のらせん・混合転位では漏れ電流が比較的抑制されていた一方で、らせん転位の中の極少数が異常に大きな漏れ電流を生じることを見出した。I-V-T特性の解析により、この異常ならせん転位では、小さな漏れ電流を生じた他の転位とは異なる欠陥準位を介した、特異な電気伝導機構で電流が生じていることが明らかとなった。透過電子顕微鏡及び多光子励起顕微鏡により、(i)大きな電流漏れを示したらせん転位の構造的特徴及び、(ii)小さな電流漏れを示した大多数のらせん・混合転位における伝播形態と電気特性の関連性を評価した。(i)について、大きな漏れ電流を生じたらせん転位のb、コアタイプ、伝播挙動は、漏れ電流の小さな他のらせん転位と同様であり、大きな電流漏れがこれらの構造的特徴には起因しないことが示された。一方、らせん転位のヘリカル形態（振幅や周期等）は個々に多様であり、らせん転位と点欠陥の反応が高頻度かつ多様な様式で生じていたことが示唆された。これより、結晶成長過程での局所的な成長条件揺らぎが起因して、一部のらせん転位で芯部分の結晶構造が原子レベルで変異した結果、大きな漏れ電流に寄与する致命的な欠陥準位が形成されたものと推察された。(ii)について、漏れ電流の小さな多数のらせん・混合転位については、転位のbや傾斜方位等が漏れ電流度合いやショットキー障壁高さにほぼ影響しないことを明らかとした。