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AlGaN/GaN MOS-HFETにおけるAl系ゲート絶縁膜の界面反応制御

Interface engineering of Al based gate insulators in AlGaN/GaN MOS-HFETs

渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Watanabe, Kenta*; Nozaki, Mikito*; Yamada, Takahiro*; Nakazawa, Satoshi*; Anda, Yoshiharu*; Ishida, Masahiro*; Ueda, Tetsuzo*; Yoshigoe, Akitaka; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

GaNは絶縁破壊電界などSiC以上の優れた物性値を有するため、パワーデバイスへの応用が期待されている。また、AlGaN/GaN HFETは優れた高周波特性を示すが、ゲートリーク電流低減のためにMOSゲート構造の実現が望まれている。ゲート絶縁膜として原子層堆積法(ALD)によるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$が広く検討されているが、現在のところ十分な界面特性は得られていない。そこで本研究では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$及びAlONについて成膜時の基板温度を室温から300度の範囲で変化させ、放射光光電子分光法によるMOS界面構造評価及び、MOSキャパシタによる電気特性評価を行った。その結果、成膜中にAlGaN表面の酸化及び後熱処理によるGa拡散が見られ、界面特性が劣化することがわかった。それに対しAlONは成膜温度に関わらず界面反応のほとんど無い良好な熱的安定性を示し、また界面特性にも優れることがわかった。

AlGaN/GaN HFET (hetero-junction field-effect transitor) has gained much attention as next-generation high frequency and high power devices. Since AlGaN/GaN HFET with Schottky gate is restricted in device application due to large gate leakage current and normally-on operation, MOS gate stack with deposited gate insulator has been widely investigated to overcome these limitations. Among various insulating materials, Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ is one of the potential candidates because of its wide bandgap and high thermal stability. In this study, we systematically investigated the interface reaction between Al-based dielectrics (Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ and AlON) and AlGaN layer during deposition and post-deposition annealing (PDA), and revealed high thermal stability of AlON/AlGaN interface.

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