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high-k HfO_2をゲート絶縁膜とするAlGaN/GaN MISFETが高い電流駆動能力を有することをこれまでの研究で実証してきたが、HfO_2ではゲートリーク電流が大きいという課題があった。そこでAlGaNとの伝導帯不連続が大きくゲートリーク電流の低減が期待できるAl_2O_3膜を検討した。その結果、Al_2O_3の方が、ゲートリーク電流が小さくできることを実証した。界面の結晶品質もAl_2O_3の方が良好であることを容量-電圧特性から確認したがまだ不十分であった。
その原因としてAlGaN表面の酸化の可能性を指摘し、その対策として硫化アンモニウム(NH_4)_2S処理を検討した。硫化アンモニウム中のS原子が酸素原子と置換し、酸化膜の除去、酸化の抑制が期待される。MOSダイオードの容量-電圧特性の測定により界面準位の低減を確認した。本結果に基づき、AlGaN/GaN MISFETを作製し、大きなゲート電圧でドレイン電流が飽和するドレィン電流の上詰まりを、(NH_4)_2S処理により低減できることを実証した。
ノーマリオフ化に向けては、有効性を確認済みのInGaN/AlGaN構造においてゲートリーク電流が大きい理由について、微小ショットキゲートの電流-電圧特性評価、透過電子顕微鏡観察等により詳細に検討し、InGaN/AlGaNヘテロ構造に特有の結晶欠陥が原因となっている可能性を見出した。この欠陥の低減のため、InGaN/AlGaNにGaN薄層を挿入するInGaN/GaN/AlGaN構造を提案し、結晶を準備した。
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