2020 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, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (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 / 表面パッシベーション / 電子準位 / 窒化物半導体 / 高電子移動度トランジスタ / パワーデバイス / 高周波デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主にショットキーゲート構造を有するAlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(SG-HEMT)とミスト化学気相成長(ミストCVD)法によるゲート絶縁膜を有するAlGaN/GaN MOS-HEMTを作成し、SG-HEMTとMOS-HEMTの特性を詳細に測定・解析をし比較した。これらの解析結果を基にミストCVD法により堆積したゲート絶縁膜の特性、及びゲート絶縁膜/AlGaN界面の特性を調査した。本年度の成果を以下にまとめる。
(1) AlGaN/GaN SG-HEMTとMIS-HEMTのゲートリーク電流を比較すると、MIS-HEMTにおいて順バイアスでは7桁、逆バイアスでは3桁低い値を示した。またAlGaN/GaN MIS-HEMTの出力特性は、ゲート絶縁膜による順バイアス印可時のリーク電流の抑制により、SG-HEMTよりも良好な特性を示した。また逆バイアス印可時の絶縁破壊電圧を比較すると、ミストCVD法によるゲート絶縁膜の効果により、絶縁破壊電圧は約50 %向上した。以上のようにミストCVD法によるゲート絶縁膜は窒化物半導体のパワーデバイス応用に有用であることが示唆された。
(2) AlGaN/GaN MIS-HEMTの伝達特性には電圧掃引によるヒステリシスが、ほとんど無かった。すなわち良好なゲート絶縁膜/AlGaN界面が形成されていることが示唆された。またAlGaN/GaN SG-HEMTとMIS-HEMTの伝達特性を比較するとAlGaN/GaN MIS-HEMTの方が3桁オンオフ比が増加し、サブスレッショルド係数も低かった。
以上より窒化物半導体デバイスへのゲート絶縁膜堆積手法として、ミストCVD法が有用である可能性が示唆された。
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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
ミストCVD法によるゲート絶縁膜堆積条件を最適化することにより、AlGaN/GaN MIS-HEMTは優れたデバイス特性を示した。またデバイス特性に多大な影響を与える絶縁膜/AlGaN界面の電子準位密度についても定量的に評価することができた。よって概ね順調に研究が進展したと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度得られた知見をもとに、実用化に必須なノーマリーオフデバイスの実現とトランジスタの動作特性向上を目指す。具体的には以下の2項目を重点的に推進する予定である。
(1) ドライエッチング + ミストCVD法によるリセスゲート構造を有するノーマリーオフAlGaN/GaN MIS-HEMTの試作に挑戦し、MIS界面特性・トランジスタ動作特性の解析を詳細に行う。
(2) ゲート絶縁膜として最も使われているAl2O3よりも誘電率が高いゲート絶縁膜をミストCVD法により堆積し、トランジスタの動作特性向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
電極用金属、及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。またコロナ禍により、予定していた学会出張の中止、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。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、さらに詳細な評価が必要になると思われるC-V特性の数値計算用の計算機購入費用に充てる計画である。
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[Journal Article] GaN-based MIS-HEMTs with Al2O3 dielectric deposited by low-cost and environmental-friendly mist-CVD technique2021
Author(s)
Rui Shan Low, Joel T. Asubar, Ali Baratov, Shunsuke Kamiya, Itsuki Nagase, Shun Urano, Shinsaku Kawabata, Hirokuni Tokuda, Masaaki Kuzuhara, Yusui Nakamura, Kenta Naito, Tomohiro Motoyama, Zenji Yatabe
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 14
Pages: 031004-1-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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