SiO/AlON stacked gate dielectrics for AlGaN/GaN MOS-HFET

AlGaN/GaN MOS-HFETに対するSiO/AlON積層ゲート絶縁膜

渡邉 健太*; 寺島 大貴*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 石田 昌宏*; 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*; Terashima, Daiki*; Nozaki, Mikito*; Yamada, Takahiro*; Nakazawa, Satoshi*; Ishida, Masahiro*; Anda, Yoshiharu*; Ueda, Tetsuzo*; Yoshigoe, Akitaka; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

AlGaN/GaN MOS-HFETの高性能化・ノーマリオフ化には、高品質なゲート絶縁膜が必要である。これまで我々はAlOに窒素を添加したAlON膜がAlO膜よりも電子注入耐性および界面特性に優れることを明らかにしている。本研究では、その良好な界面特性を維持しつつ、更に絶縁性の向上を図るため、薄いAlON界面層上にバンドギャップの広いSiO膜を積層したSiO/AlON/AlGaN/GaN構造について検討した。その結果、AlON界面層の厚さが約3.3nmと薄い場合でも、SiO/AlON積層構造はAlON単層の場合と同等の容量-電圧特性を示し、良好な界面特性を示した。また、絶縁破壊電界はAlON単層と比べて2倍以上の約8MV/cmを示した。以上の結果は、SiO/AlON積層構造が優れた界面特性と絶縁特性を両立するGaN MOSデバイス向けゲート絶縁膜として有望であることを意味している。

The advantage of SiO/AlON stacked gate dielectrics over SiO, AlON and AlO single dielectric layers was demonstrated. Our systematic research revealed that the optimized stacked structure with 3.3-nm-thick AlON interlayer is beneficial in terms of superior interface quality, reduced gate leakage current and C-V hysteresis for next-generation high frequency and high power AlGaN/GaN MOS-HFETs.