2019 Fiscal Year Research-status Report
Surface passivation and insulated gate structures for nitride-based semiconductor devices using mist-CVD method
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19K04473
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ASUBAR JOEL 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10574220)
末吉 哲郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (20315287)
中村 有水 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (00381004)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ミストCVD / ゲート絶縁膜 / 窒化ガリウム / トランジスタ / 電子準位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まずミスト化学気相成長(ミストCVD)法を用いた窒化物半導体向け絶縁ゲート構造の作製に必須である、絶縁膜堆積速度の最適化を行った。続いて実際にAlGaN/GaN MOS-HEMTを試作し、MOS界面とトランジスタ特性の初期評価を行った。本年度の主な成果を以下にまとめる。
(1) パワーデバイス応用を目指したGaN系半導体の絶縁膜として有望視されている酸化アルミニウム(Al2O3)について、膜厚へのミスト原料溶液濃度と堆積時間の依存性の調査、及びゲート絶縁膜応用に適した数 nm～数十 nmの膜厚が得られるように堆積速度の最適化を行った。さらにデバイス化前の予備調査として、得られたAl2O3薄膜の屈折率、禁制帯幅、質量密度、表面粗さ(RMS)などを評価し、従来手法の原子層堆積(ALD)法とほぼ同等の値を有していることを確認した。
(2) そして実際にAl2O3絶縁膜をミストCVD法によりAlGaN/GaNヘテロ構造上に堆積し、目標としていたAl2O3膜厚を有するMOSダイオードとMOS HEMTの試作に成功した。続いてAl2O3/AlGaN界面特性を容量-電圧(C-V)特性から評価した。C-V特性の順バイアス領域において容量値の急峻な立ち上がりがみられたことから、ミストCVD法により形成したAl2O3/AlGaN界面は良好な特性を有していることが示唆された。そこで伝導帯近傍の界面準位密度を数値計算とC-V特性の実験値との比較により見積もった所、従来手法のALD法でAl2O3を堆積した場合の界面準位密度とほぼ同等の値を有していることが明らかになった。またMOS HEMTの伝達特性と出力特性も良好であり、MOSトランジスタとして良好な動作をしていることを確認した。
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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
堆積時間とミスト原料溶液濃度の最適化により、ゲート絶縁膜の膜厚制御を達成した。さらに絶縁膜/AlGaN界面の評価についても、MOSダイオード構造のC-V特性から定量的に評価することができ、ミストCVD法による界面形成プロセスは有望であることが明らかになったため、予定の研究計画がおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度得られた知見をもとに、ミストCVD法によるゲート絶縁膜堆積プロセスの最適化をさらに進め、界面特性、及びデバイス特性の解析を行う。
(1) ミストCVD法により形成したMOS界面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察するとともに、さらに良好なMOS界面が得られる堆積条件を明らかにする。
(2) ショットキーデバイス、MOSデバイスを作製し、デバイス特性を理論的理想特性との比較を通し、詳細な解析を行う。
(3) ミストCVD法によりAlGaN/GaNヘテロ構造表面に絶縁膜を堆積し、MOSダイオード、MOSトランジスタを作製し、その電気的特性を評価する。絶縁膜堆積条件の違いによる膜質、界面特性を実験だけではなく、数値計算を駆使した手法も含めて定量化する。ミッドギャップ近傍の界面準位密度分布の算出が必要な場合には、光支援C-V法を用いて評価する。またドライエッチングを行った比較試料も作成し、エッチングダメージの除去法についても検討も行う。
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| Causes of Carryover |
Si基板代およびミスト原料溶液代として計上していた予算の一部について、効率的に研究が進んだため予定より使用額が少なかった。また新型コロナウイルス感染症拡大防止と緊急事態宣言の発出により、予定していた学会発表の中止、及び分担者との研究打ち合わせをweb会議に変更したため、予定より使用額が少なかったが、研究の進展にあわせて効果的に使用することが望ましいと判断し、次年度使用額が生じた。
今後、評価が必要になると思われる断面TEM観察の測定費用に充てる計画である。
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