2015 Fiscal Year Research-status Report
絶縁膜/窒化物半導体界面の評価・制御とトランジスタ応用への基礎的研究
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15K18034
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
谷田部 然治 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (00621773)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / HEMT / MIS / 界面準位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、AlGaN/GaNヘテロ構造を利用する電力スイッチング用トランジスタの開発が急進展しているが、インバータ応用に必須の絶縁ゲート構造は、しきい値電圧変動や電流変動のために、実用化に至っていない。これは絶縁膜/AlGaN界面の特性が明らかになっていないのが、最大の要因である。
本研究では絶縁膜/AlGaN界面の準位密度分布の評価法の確立と界面特性の解明・制御を目的として研究を行なった。本年度の主な成果を以下にまとめる。
界面準位が絶縁膜/AlGaN/GaN構造の容量－電圧(C－V)特性に与える影響と室温評価の限界について、任意の準位密度分布と電子放出時定数を考慮した数値計算を行ない、基礎的知見を得た。ドライエッチングをしたAlGaN上にAl2O3絶縁ゲート構造を作製し、上述の知見を基に、数値計算と光支援C－V法を併用した手法によりAlGaNの禁制帯内の広いエネルギー範囲で、Al2O3/AlGaN界面の電子準位密度分布を決定し、界面準位が、しきい値電圧変動に与える影響について、詳細に評価を行った。室温でのC－V特性のバイアス掃引依存性とC－V特性の数値計算による解析から、しきい値電圧変動は絶縁膜/AlGaN界面に捕獲され、負の固定電荷として振る舞うアクセプタ型準位に依存することが示唆された。すなわち、しきいち電圧変動の抑制には絶縁膜/AlGaN界面の評価・制御が必要不可欠であることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の研究目的である、絶縁膜/AlGaN界面の評価は予定通り達成できた。また、界面準位が、しきい値電圧変動に及ぼす影響も評価することができたので、初年度として順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
主として、良好な界面形成プロセスの開発に取り組む。絶縁膜は大気圧中で溶液を原料とする、比較的に低コストであるミスト化学気相成長(ミストCVD)法により堆積する。
様々な条件で絶縁膜を堆積した試料に対し、X線光電子分光法などによる化学分析、透過型電子顕微鏡観察による構造評価、容量－電圧(C－V)・電流－電圧特性による電気的評価、並びにC－V特性の数値計算結果との比較により、絶縁膜堆積条件と絶縁膜の特性、及び絶縁膜/AlGaN界面の特性の相関を明らかにする。
これらの評価結果を絶縁膜堆積プロセス条件へフィードバックをすることにより、ミストCVD法による良好な界面形成手法を開拓する。
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| Causes of Carryover |
当初はハロゲン光源装置代として予算を計上していたが、今年度途中での所属研究機関の変更に伴い、本研究で必須のLCRメータの購入が必要となったため、若干の次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
光源装置は現所属機関に現有しているため、大幅な使用計画の変更はない。ミストCVD法による絶縁膜堆積条件の最適化に、今後、多数必要になると思われるSi基板の購入に次年度使用額を充てる計画である。
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