2017 Fiscal Year Annual Research Report

異種界面制御に基づく窒化ガリウム系トランジスタの高安定化

Research Project

Project/Area Number	15J00919
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	西口賢弥北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2015-04-24 – 2018-03-31
Keywords	窒化ガリウム / HEMT / 絶縁ゲート構造
Outline of Annual Research Achievements	絶縁ゲート（MOS）型AlGaN/GaN HEMTは、いくつかの課題が残されている。最も深刻な問題はしきい値電圧（VTH）変動である。もう一つの課題は、順バイアス領域における電流制御性である。多くのMIS HEMTでは、順バイアス領域においてドレイン電流の飽和（gmの極端な低下）が報告されている。今年度は、これらの問題に着目して、AlGaN/GaN MOS HEMTの作製と評価を行った。昨年度に本研究グループが独自に開発した大気PMAを、Al2O3膜をゲート絶縁膜に使用したAlGaN/GaN MOS HEMTに施した。伝達特性を測定した結果、大気PMAによって順バイアス領域でゲート制御性が著しく向上し、得られた最大ドレイン電流値は15%も増加した。続いて、MOS HEMTの特性向上と界面準位の関係を調べるため、FatHEMTのゲート容量のCV特性を比較すると、順バイアス領域でのCV曲線の傾きに明確な違いが見られた。この実測値に、本研究者が開発した計算シミュレーションを適用し、界面準位密度を算出した。その結果、大気PMAによって界面準位密度が10分の1にまで低減したことが分かった。これにより、順バイアス領域での界面負電荷の増加が抑えられ、ゲート電圧によるポテンシャル変調が容易になったと考えられる。加えて、順バイアスストレス後のVTH変化を測定した。その結果、VTHの正方向シフトが大気PMAにより1.5V→0.5Vにまで減少した。この主要因は界面準位の低減だと考えられる。さらに、高温雰囲気中での伝達特性を測定した。大気PMA前のサンプルでは、100℃ではVTHが室温時より2V負方向にシフトしていたが、大気PMA後はVTHが全く変動しなかった。これは、大気PMAによる界面準位の低減、ならびに膜中固定電荷の減少が原因だと考えられ、MOSゲート構造の実用化へ向けた貴重な報告である。
Research Progress Status	29年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	29年度が最終年度であるため、記入しない。