III-V族化合物半導体の表面制御と量子ナノ構造への応用

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GaN系材料を用いた電子・光デバイスは、従来のSiテクノロジーを凌ぐ高出力・高周波・大電力特性や高効率発光特性が期待される一方、デバイスプロセス中や成長後表面に形成される高密度の表面準位や欠陥・ダメージがデバイス特性の向上を阻んでいるという問題を抱えている。本研究では、水溶液中における半導体表面の陽極酸化により、電気的・光学的特性の改善を試みた。水溶液には、これまでGaAsやGaPなどのIII-V族化合物半導体の陽極酸化の実績があるグリコールと酒石酸水溶液の混合液を用い、印加電圧制御による陽極酸化をn-GaNに適用した。半導体側に正電圧を印加すると、n-GaN表面には酸化ガリウムが形成され、その酸化速度は8nm/分であった。塩素系プラズマエッチングによりダメージの誘起されたGaN表面に本酸化膜形成手法を適用し、更にアルカリ溶液中で酸化膜の除去を行った。その結果、ダメージのある表面に比べ、陽極酸化と酸化膜除去を施したn-GaN表面に形成したPtショットキーダイオードの特性は、特性の場所による均一性が増し、リーク電流成分および表面の高抵抗成分の除去が確認された。これは、陽極酸化と除去によりn-GaN表面の低ダメージウェットエッチングとして適用可能であることを示している。また、AlGaN/GaN HEMT細線構造の、ドライエッチングによって形成されたメサ端面を選択的に酸化すると、ソース-ドレイン電流値の増加が見られた。端面の酸化による、電子捕獲準位のパッシベーション効果によるものと考えられる。陽極酸化膜を用いたMOSダイオードのC-V測定から、酸化膜/GaN界面に存在する界面準位密度は、D_<it_min>=5×10^<11>cm^<-2>eV^<-1>と非常に低い値が得られ、パッシベーション効果を裏付ける結果が得られた。