2015 Fiscal Year Annual Research Report
MIS構造窒化物半導体トランジスタの低損失高耐圧化に関する研究
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25420328
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
葛原 正明 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20377469)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徳田 博邦 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), その他 (10625932) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / HEMT / MOSFET / ゲート絶縁膜 / パッシベーション / 耐圧 / 電流コラプス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子層堆積法(ALD)を用いた各種絶縁膜の膜形成プロセスの検討を実施し、絶縁膜/半導体界面評価の手段としてMISゲート構造HEMTを試作した。まず、ゲート絶縁膜と表面保護膜とが同一膜で構成されたMIS-HEMTを試作した。MIS絶縁膜については、Al2O3膜を単層で用いると、電流コラプス抑制に有効であるがゲートリーク電流が大きくなることが判明した。一方、ZrO2膜を単層で用いると、逆に電流コラプスが大きくゲートリーク電流が抑制されることが判明した。上記の結果から、Al2O3膜とZrO2膜の複合膜が有効であると考えてMIS-HEMTを試作したところ、電流コラプスとゲートリーク電流の両方の抑制に有効であることが判明した。
H28年度に入って酸素源としてオゾン（O3）の使用が可能となったため、ゲート絶縁膜としてオゾン（O3）を用いたALD堆積を試みた。その結果、Al2O3膜単層においても電流コラプスとゲートリーク電流の両方の抑制に極めて有効であることが判明した。
表面保護膜については、スパッタ法を用いてSiN膜、SiO2膜、SiON膜を検討した。３種の膜の中で、SiNまたはSiON膜が耐圧特性に優れ、かつ電流コラプスの抑制にも優れることを明らかにした。また、酸素プラズマ処理や高圧水蒸気熱処理（HPWVA）がHEMTの電流コラプスの抑制に極めて有効であることを確認した。以上の検討から、AlGaN/GaN MIS-HEMTのゲート絶縁膜にはO3を酸素原料に用いたALD-Al2O3膜を、また表面保護膜にはスパッタ堆積のSiNまたはSiON膜が優れているという結論が導かれた。最後に、ゲート絶縁膜と表面保護膜を独立に最適化したMIS-HEMTを試作し、しきい値電圧のヒステリシスが0.1V程度と小さく、耐圧2000Vを超える優れたデバイス特性を確認した。
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[Presentation] GaN-based Power Devices2015
Author(s)
M. Kuzuhara, J. T. Asubar, and H. Tokuda
Organizer
EM-NANO 2015
Place of Presentation
Niigata, Japan
Year and Date
2015-06-16 – 2015-06-19
Int'l Joint Research / Invited
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