2019 Fiscal Year Research-status Report
Highly Stable Normally-off GaN-based transistors via Structures and Process
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19K04528
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
ASUBAR JOEL 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10574220)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛原 正明 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20377469)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 再成長 / ドライエッチング / ノーマリーオフ / エンハンスメントモード / リセスゲート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は本研究計画の実現に必須であるドライエッチングをした窒化ガリウム（GaN）表面への窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）バリア層の再成長に関する研究に取り組み、良質な再成長AlGaNバリア層の成長に成功した。
続いてこの良質な再成長AlGaNバリア層と原子層堆積（ALD）法による酸化アルミニウム（Al2O3）ゲート絶縁膜を有するAl2O3/AlGaN/GaN（金属－絶縁体－半導体）MISキャパシタの試作と評価に取り組んだ。MISキャパシタの評価には主に容量－電圧（C-V）特性によるMIS界面特性の評価やC-V特性から得られるしきい値電圧についてC-V特性の実験値と、界面準位密度電子の捕獲時定数を考慮したC-V特性の数値計算との比較などを行い、MISキャパシタの特性を詳細に解析した。さらにMISキャパシタよりも実際の応用を目指したデバイス構造に近い3端子のMISトランジスタの作製と評価にも取り組んだ。特に良好な特性を持つトランジスタの実現には制御が必須である、しきい値電圧の振る舞いについて重点的に解析を行った。MISトランジスタのしきい値電圧は物理モデルで再現よく説明が可能であり、MISキャパシタ特性から得られた結果と矛盾は無かった。これらの結果は高安定性を有するノーマリーオフGaN系トランジスタの実現に向けて有用な知見であると考えられる。これら初年度の重要な成果を以下にまとめる。
1. 有機金属気相成長（MOCVD）法によるドライエッチング面へのAlGaN層の再成長に成功
2. 再成長AlGaN層を有するAl2O3/AlGaN/GaN MISキャパシタと作製と評価
3. 再成長AlGaN層を有するAl2O3/AlGaN/GaN MIS高電子移動度トランジスタ（HEMT）の作製と評価
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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
初年度の目標であったエンハンスメントモードの動作実証に成功し、さらにデバイスのしきい値電圧はゲート絶縁膜厚さに対し、想像以上に敏感であることが明らかになった。予定していたデバイスの試作と評価・解析が行なえたため、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 |
本年度に得られた知見を基に、次年度は以下の項目について主に実施する予定である。
1. ゲート絶縁膜の厚さを系統的に変化させたデバイスの作製と評価
2. ZrO2のようなAl2O3よりもさらに高誘電率絶縁膜の適用
3. AlGaNよりもさらに禁制帯幅が広いAlN再成長層の検討
4. ゲート金属堆積後熱処理がデバイス特性に与える影響の調査
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染症（COVID-19）拡大防止と緊急事態宣言の発出により、当初予定していた学会発表の中止により、予定より使用額が少なかった。次年度以降の研究の進展に合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。
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