2022 Fiscal Year Annual Research Report
界面反応制御を基軸とした高効率高信頼性GaN半導体MOSデバイスの創成
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19H00767
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
渡部 平司 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90379115)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / パワーデバイス / MOS構造 / 界面反応制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、窒化ガリウム（GaN）は、次世代のパワーデバイス用材料としても注目を集めている。我々は絶縁膜/GaN界面の高品質化に取り組み、伝導帯端近傍の界面準位密度の低減に成功している。しかし、GaN MOSデバイスには価電子帯端近傍に未だ多くの欠陥準位が存在し、p-GaN基板上に作製したMOSキャパシタで正常な正孔蓄積を観測した例は殆ど無い。本研究では、絶縁膜/GaN系半導体ヘテロ界面欠陥の物理的な起源を解き明かすと共に、界面欠陥やGaN基板への欠陥導入を伴わない絶縁膜形成技術の構築を目指している。
これまでの実験を通じて、絶縁膜/GaN界面のGa-O結合が伝導帯端近傍の欠陥密度低減に有効であり、極薄のGaOx界面層を有したSiO2/GaOx/GaN構造の優位性を示せたと考えている。一方、過剰なGaOx界面層の成長は、SiO2絶縁膜への金属Ga拡散に伴う絶縁性劣化や、電荷捕獲サイトの生成につながる。加えて、GaOx界面層は水素雰囲気中での熱処理で容易に還元され、酸素空孔が正孔捕獲サイトとして振る舞うために、GaN MOS構造への後熱処理の最適化が極めて重要となる。当該年度までに後熱処理に伴う界面構造と電気特性との関係を詳細に調べ、これらの物性情報に基づいた後処理条件の最適化を完了し、これらの研究成果を学術論文や国際国内会議を通じて発信した。また、SiO2絶縁膜堆積時のGaOx界面層成長を抑制する為に、非酸化性雰囲気中でのSiO2膜の物理蒸着の可能性を検証した。その結果、従来のCVD法を用いたMOS構造形成に比べて界面層成長を1/3程度にまで低減し、後熱処理時のGaOx界面層の還元反応に伴う固定電荷生成を大幅に抑制する事に成功した。加えて、光照射下でのCV測定から価電子帯端近傍の欠陥評価手法を確立し、界面構造と正孔捕獲現象との関係を明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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