Multilayer composite gate dielectrics for fabricating high-performance GaN-MOS devices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15027
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Nozaki Mikito 大阪大学, 大学院工学研究科, 技術専門職員 (90646217)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 窒化ガリウム / MOS界面 / ゲート絶縁膜 / AlGaN / ２次元電子ガス

Outline of Final Research Achievements

In this study, AlGaN/GaN MOS structures were fabricated by very low-power ICP-RIE and PECVD deposition of SiO2 dielectrics on the RIE-etched surfaces. It was found that ICP-RIE with reduced bias power was able to suppress the RIE-induced damage. Furthermore, we found that thin damaged layers on the etched AlGaN surfaces can be recovered by the formation of stable AlGaOx interlayer at the PECVD-SiO2/etched-AlGaN interface. The current comprehensive research demonstrates the significant advantages of the proposed low-damage recessed gate process for fabricating AlGaN/GaN MOS-HEMT devices.

Free Research Field

半導体

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

低消費電力なパワーデバイスの需要が高まる中、ワイドバンドギャップ半導体であるGaNは社会的に注目を集めている。優れた2DEG特性が利用できるAlGaN/GaN高移動度トランジスタでは高周波数動作が可能だが、フェイルセーフの観点からノーマリーオフ化が必須である。本研究ではノーマリーオフ化の実現のためのリセスゲート構造形成時に生じるRIE加工の損傷をAlGaN基板の表面や基板内部、MOS界面特性等で包括的に評価しており、学術的な価値がある。また、絶縁膜堆積技術による加工損傷の回復のメカニズムを明らかにしており、高品質なGaN MOSデバイスの作製プロセスの開発のために有用な知見が得られた。