2016 Fiscal Year Annual Research Report
異種界面制御に基づく窒化ガリウム系トランジスタの高安定化
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15J00919
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西口 賢弥 北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 界面 / HEMT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
絶縁ゲート（MOS）型AlGaN/GaN HEMTの、最も深刻な問題の一つである、順バイアス領域におけるドレイン電流飽和の飽和について、評価と改善を行った。
本研究グループが独自に開発した“逆バイアスアニール法”の界面準位の低減効果を確認するため、比較的低転移密度なGaN自立基板を用いてゲート絶縁膜にAl2O3膜(30nm)を堆積した単純なMOSダイオードを作製した。その結果、逆バイアスアニール法を施したGaN MOSダイオードのCV特性は、1～1MHzでの測定周波数において分散の極めて小さな特性が得られ、理想値に非常に近い良好な結果を示した。これはアニールによって、極めて安定なMOSを形成できたことを示しており、化合物半導体においては初の報告である。
さらに、30nm-Al2O3膜をゲート絶縁膜に使用したAlGaN/GaN MOS HEMTを作製し、アニールを施した。伝達特性を測定した結果、逆バイアスアニールによって順バイアス領域でゲート制御性が著しく向上し、得られた最大ドレイン電流値は15%も増加した。また、gm曲線の半値幅が、アニールによって10.7V→13Vに増加した。続いて、MOS HEMTの特性向上と界面準位の関係を調べるため、FatHEMTのゲート容量のCV特性を比較した。この実測値に、本研究者が開発した計算シミュレーションを適用し、界面準位密度を算出した結果、アニール後の界面準位密度は、GaN MOS ダイオード程ではないが10分の1にまで低減していることが分かった。
以上、Al2O3ゲートAlGaN/GaN HEMTに、独自に見出した逆バイアスアニール法を施すことで、順バイアス領域でのゲート制御性が向上することを確認した。この原因は、MOS界面準位が低減したため、ゲート電界を遮蔽する電荷が減少しAlGaNの表面ポテンシャル変調が向上したからだと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の主目標は、AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)の、界面準位の低減と、それによるC-V,I-V特性の変化を評価することである。本研究グループが独自に開発した"逆バイアスアニール法"を施し伝達特性を測定した結果、逆バイアスアニールによって順バイアス領域でゲート制御性が著しく向上し、得られた最大ドレイン電流値とgm曲線の半値幅が増加した。さらに、FatHEMTのゲート容量のCV特性を測定し、本研究者が開発した計算シミュレーションを適用した結果、界面準位密度が10分の1にまで低減していることが分かった。これらの結果は、MOS界面準位が低減したため、ゲート電界を遮蔽する電荷が減少しAlGaNの表面ポテンシャル変調が向上したことを示しており、世界で初めての報告である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、逆バイアスアニール法のメカニズムの解明を目指す。現状、他のあらゆる界面準位の低減プロセスと比較して、逆バイアスアニール法が絶大な効果を持っていることは明らかであるが、そのメカニズムは未解明である。この物理的根拠が明らかとなれば、さらなる界面準位の低減が期待できる。この結果より得られた知見を、GaN MOS HEMTに適用し、さらなる動作安定性の向上につなげる。
現状GaNcap構造は界面準位密度を低減に寄与するとしてよく用いられる。しかし、GaNcap付きAlGaN/GaN MOS構造のC-V特性は、2step目が測定周波数増加に伴い、正バイアス側にシフトする特有の分散を示す。これは、GaNcap構造特有の電子の振る舞いを示していると考えており、GaNcapがデバイスに与える影響を理解するため、主に数値計算による解析を行う。
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Research Products
(2 results)
