Identification of Local Current Leakage Location for Mechanism of Leak Current in GaN Transistors

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K06014
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 分島 彰男 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80588575)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 窒化物半導体 / リーク電流 / 電流AFM

Outline of Annual Research Achievements

AlGaN層のAl組成とAlGaN/GaN HEMTのリーク電流の間には正の相関が確認された。原子間力顕微鏡への微小電流測定系セットアップを行い（C-AFM）、AlGaN/GaN HEMT用の結晶表面に測定系の探針をあて、電流が測定できることを確認した。また、購入した微小電流計により従 来よりも２桁程度小さい電流を測定できることを確認した。表面で観察できる転位部分と転位のない部分とのリーク電流を比較したが、転位とリーク電流との相関は確認できなかった。この結果から、局所リークが 発生している箇所の結晶の数umも深い部分で異常成長していることが判明した。
リーク電流が大きいInAlN/GaNヘテロ構造において、表面安定化のために最表面をGaNでキャップした試料についてもC-AFMの評価を行った。電界効果トランジスタ（FET）を作製し、リークを確認 した。Vd=6VVg=-8VにてmA/mmオーダのリークが観察され、これまで観察してきた一般的なGaNトランジスタと比較して、桁で大きいリ ークであった。 この結晶の表面から形状（AFM)とC-AFMの同時観察を行った。ステージバイアス3Vでは、表面形状像で観察された比較的大きな凸部 （～um）に他の場所よりも大きな電流が流れていることを確認した。一方、ステージ電圧5Vでは、形状像とは無関係に点在しているこ とを確認した。
また、ショットキバリアハイトを高めるためにInAlN/GaN層の上にAlNキャップ層を設けた試料でも同様の評価を行った。バイアス電圧20Vにて10nA程度の局所的なリーク箇所を確認することができた。この試料においても、局所的なリーク個所は形状像とは無関係に点在していることが分った。さらに、バイアス電圧を増加させると、20Vでリークが確認された箇所ではリークが確認されず、それとは異なる箇所でリーク電流が確認されることが分った。