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

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15027
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 野崎 幹人 大阪大学, 工学研究科, 技術職員 (90646217)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 窒化ガリウム / AlGaN / ２次元電子ガス / ゲート絶縁膜 / MOS界面

Outline of Annual Research Achievements

AlGaN/GaNヘテロ接合電界効果トランジスタ（HFET）は高移動度・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。故障時の安全性を考えるとHFETにはノーマリー・オフ動作が求められるが、ノーマリー・オフ化のためにRIEでゲートリセスエッチングを行うと、加工損傷により移動度やキャリア濃度などの2DEGの特性が劣化してしまう。また、これまでの研究ではRIEの加工損傷が加工面に形成するMOS構造の界面特性を劣化させることも報告してきた。
AlGaN/GaN MOS-HFETのノーマリー・オフ化と高移動度の両立のためにはリセスエッチングの低損傷化とエッチング深さの安定化やMOS構造形成時の欠陥抑制が重要である。2021年度はリセスエッチング時の加工深さの安定と低損傷化の両立に加え、エッチング後のAlGaN表面への（ゲート）絶縁膜の成膜条件について検討をした。
実験により良好なMOS構造の形成には絶縁膜堆積時の成膜条件（基板温度等）に加え、絶縁膜成膜後の熱処理条件が重要であることを明らかにした。加熱温度やガス雰囲気などの後熱処理条件がMOS界面の欠陥密度や化学結合状態に著しく影響を与えるため、熱処理条件によりGaN MOSキャパシタのフラットバンド電圧が大きくシフトすることを確認した。これらの知見からノーマリー・オフ型のAlGaN/GaN MOS-HFETの実現を目指すためには成膜後熱処理プロセスを十分に最適化する必要があることが分かった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

申請者の体調不良等のため進捗に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

(1) CVD法およびALD法による絶縁膜の堆積条件を確立する。具体的にはゲートリーク電流特性と電荷注入耐性に優れた酸化膜、窒化膜および酸窒化膜を成膜する。また成膜後の熱処理条件と絶縁膜中の欠陥の関係を評価し、積層絶縁膜の成膜条件に関する知見を得る。
(2) 絶縁膜の積層による高機能化を目指す。積層構造中の固定電荷や界面ダイポールの密度をMOSキャパシタのフラットバンド電圧から評価し、積層構造の設計によるAlGaN/GaN MOS-HFETのしきい値電圧制御につなげる。
(3) (2)で得られた積層絶縁膜の成膜方法と低損傷なリセスエッチング技術とを組み合わせて、MOS界面特性の最適化を図る。光電子分光法によりMOS界面の化学結合状態やバンドアライメントを調べ、MOSキャパシタの電気特性との関係を考察する。
(4) (3)までで得られた知見をまとめ、ノーマリー・オフ型のAlGaN/GaN MOS-HFETの作製プロセスを確立する。

Causes of Carryover

研究進捗の遅れにより学会出張と論文発表が無かったため次年度使用額が生じた。
研究の進捗に応じて成果発表や実験に使用する予定である。