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熱酸化処理によるSiO$$_{2}$$/GaN界面でのGaOx形成とMOS界面特性向上

Improved interface properties of SiO$$_{2}$$/GaN MOS capacitor by interfacial GaOx formation with post-oxidation treatment

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Yamada, Takahiro*; Watanabe, Kenta*; Nozaki, Mikito*; Yoshigoe, Akitaka; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

GaNは次世代パワーデバイス材料として期待されている。本研究では極薄GaOx界面層の新たな形成方法として、プラズマCVDによりGaN基板上に成膜したSiO$$_{2}$$キャップ層越しのGaN表面の熱酸化について検討し、作製したSiO$$_{2}$$/GaOx/GaN MOSキャパシタの界面特性について評価した。放射光光電子分光測定から、800度で熱酸化したSiO$$_{2}$$/GaN試料のGa2p$$_{3/2}$$スペクトルは、Ga-N結合成分に相当するHCl洗浄後のGaN試料に比べて、高結合エネルギー(BE)側の強度が増加していることがわかった。これはGa-N結合成分から約0.4eVほど高BE側に表れるGa-O結合成分が増加した結果であり、SiO$$_{2}$$/GaN界面に薄いGaOx層が存在することを示している。800度で熱酸化したSiO$$_{2}$$/GaOx/GaN構造にゲート電極を形成してMOSキャパシタを作製し、容量-電圧(C-V)特性を測定したところ、1MHzから1kHzまでの周波数範囲に渡ってC-Vカーブの周波数分散はほとんど見られず、またヒステリシスも50mV以下と小さいことがわかった。さらに、理想C-Vカーブともほぼ一致していたことから、SiO$$_{2}$$/GaN構造への後酸化処理で非常に優れた界面特性が実現されたことがわかった。

Interface properties of SiO$$_{2}$$/GaN structure with post-oxidation treatment were investigated by synchrotron radiation photoelectron spectroscopy and C-V measurements. High-resolution Ga 2p$$_{3/2}$$ core-level spectra for SiO$$_{2}$$/GaN structure oxidized at 800 degrees showed asymmetric feature with a shoulder at higher binding energies compared to that for wet-cleaned GaN surface. From peak deconvolution of the Ga2p$$_{3/2}$$ spectrum, formation of GaOx layer at the SiO$$_{2}$$/GaN interface was revealed. C-V measurements of the SiO$$_{2}$$/GaOx/GaN MOS capacitor exhibited apparently low frequency dispersion and a small hysteresis of below 50 mV. Moreover, the C-V curves well agreed with an ideal C-V curve. These results indicate that good interface properties were achieved by the interfacial GaOx formation.

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