2020 Fiscal Year Research-status Report
積層型酸窒化膜によるGaN MOSデバイスの高耐圧・大電流化と閾値電圧制御の実現
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19K15027
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
野崎 幹人 大阪大学, 工学研究科, 技術職員 (90646217)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / ２次元電子ガス / 放射光光電子分光分析 / MOS界面 / ゲート絶縁膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ショットキーゲート型のAlGaN/GaNヘテロ接合電界効果トランジスタ（HFET）はAlGaN/GaN界面に誘起される高移動度・高濃度の2次元電子ガス（2DEG）により高周波動作を実現できるが、しきい値電圧が0 V以下になるノーマリー・オン動作やショットキーゲート部のリーク電流による印可電圧の制限等の課題がある。ノーマリー・オフ化には誘導結合プラズマを用いた反応性イオンエッチング（ICP-RIE）によるゲートリセス構造の導入が用いられるが、加工損傷による2DEG特性の低下や加工面に形成するMOS構造の界面特性劣化等が懸念される。本研究課題ではICP-RIEによるリセスエッチングと絶縁膜堆積によるMOS構造の形成を合わせて、しきい値電圧のノーマリー・オフ化と低ゲートリーク電流および良好なMOS界面特性の実現を目指す。
2020年度は主にリセスエッチングのさらなる低ダメージ化と高性能なMOS構造形成のための絶縁膜堆積技術について研究を行った。放射光光電子分光分析を用いたエッチング後のAlGaN表面の化学結合状態の評価によりリセスエッチングがAlGaN表面の化学組成を変化させることを明らかにした。AlGaNの組成変化は閾値電圧に影響を与えるため、トランジスタのノーマリーオフ化を目指す上で注意が必要である。また絶縁膜形成時の基板温度の高温化は絶縁膜中の不純物低減に効果がある一方で、MOS界面の特性を劣化させる要因にもなるため、低ゲートリーク電流および良好なMOS界面特性の両立のためにはプロセスの最適化が重要であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年度の研究ではAlGaN層薄層化の更なる低ダメージ化と積層絶縁膜の成膜を目指した。しかし薄層化プロセスではエッチングによる表面荒れ等の問題が発生しており、薄層化条件や薄層化後の処理による平坦化方法等の探求が必要である。また積層絶縁膜の成膜ではゲートリーク電流の抑制と電荷注入耐性に課題があり、ALD法（およびCVD法）による酸窒化膜の成膜条件を検討を続けている。学会発表等がやや滞っていることもあり、進捗状況は区分「(3)やや遅れている（Slightly Delayed）」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
高い電荷注入耐性と低ゲートリーク電流の実現を目指し、積層型の酸窒化膜の成膜条件を検討する。絶縁膜中の不純物・欠陥低減と良好なMOS界面特性の実現の両立のためにはGaN MOSに最適化された成膜プロセスの構築が必要となる。具体的にはトランジスタのしきい値電圧（もしくはキャパシタのフラットバンド電圧）や絶縁特性、MOS界面の電気特性等と成膜プロセスの関係についての理解を深めつつ、単一膜では実現できない高性能な積層型酸窒化膜をゲート絶縁膜とするノーマリーオフ型AlGaN/GaN MOS HFETの実現を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗状況から高額な基板等を購入することが無かったため。
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