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AlGaN表面の熱酸化過程の放射光光電子分光分析

Synchrotron radiation photoemission study of thermal oxidation of AlGaN surface

渡邉 健太*; 山田 高寛*; 野崎 幹人*; 中澤 敏志*; Shih, H.*; 按田 義治*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

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

高性能AlGaN/GaN-HFETの実現には、絶縁膜/AlGaN界面制御が重要である。GaN表面に対しては、熱酸化により極薄GaOx層を形成した後SiO$$_{2}$$を堆積したSiO$$_{2}$$/GaOx/GaN構造が良好な界面特性を示すことを確認している。AlGaN表面に対しても、オゾンでAlGaN表面を酸化させた後、原子層堆積したAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/AlGaN界面で電気特性が改善したとの報告があるが、AlGaN表面の初期酸化過程に関しては十分な評価は行われていない。そこで大気圧酸素雰囲気中、200-1000度で30分間熱酸化を行ったAlGaN表面を放射光光電子分光分析によって詳細に調べたところ、熱酸化温度が高いほどGa2pスペクトルは高結合エネルギー側にシフトしていることがわかった。Ga2pスペクトルはGa-N成分とGa酸化物起因のGa-O成分の2つにピーク分離可能であり、AlGaN及びGaN表面のGa酸化物(Ga-O)成分比の熱酸化温度依存性から、AlGaNでは酸化温度400度以上で、GaNは700度以上で酸化物が徐々に増加しており、またどちらも900度以上で酸化物が急激に増加していることがわかった。このことからAlGaN表面はGaNと比較して比較的低温でも酸化されやすいと言える。

Initial oxidation process of AlGaN surface during thermal oxidation was investigated by synchrotron radiation photoelectron spectroscopy. Thermal oxidation of AlGaN/GaN/Si(111) substrates was carried out for 30 min in the temperature range from 200 to 1000 degrees in O2 ambient. The obtained Ga 2p spectra exhibited peak shift toward the higher binding energy with increasing oxidation temperature, suggesting the growth of Ga oxides on AlGaN surface. The peak deconvolution of Ga 2p spectra into Ga-O and Ga-N components revealed that the formation of Ga oxides was formed on AlGaN surface at above 400 degrees while GaN surface was stable below 600 degrees. These results indicate that AlGaN surface is easy to be oxidized compared to GaN surface.

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