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AlON gate dielectrics formed by repeating ALD-based thin AlN deposition and in situ oxidation for AlGaN/GaN MOS-HFETs

AlGaN/GaN MOS-HFETsに対する繰り返しALD法を用いて堆積したAlNとその場酸化により形成したAlONゲート絶縁物

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

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

AlGaN/GaN MOS-HFETの高性能化にはリーク電流が少なく界面特性の良好なゲート絶縁膜が必要である。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$膜は比較的高い誘電率と広いバンドギャップを持つことから有望視されているが、界面特性向上技術の開発や電子注入耐性の低さによる閾値電圧変動等の課題を抱えている。本研究では更なる膜質と段差被覆性の向上を狙い、ALD法によるAlON成膜を検討した。MOSキャパシタのC-V特性には界面欠陥応答に起因する周波数分散がほとんど見られておらず、AlON/AlGaN界面が良好であることがわかった。また蓄積電圧から-10Vまで掃引した際のC-Vカーブでは、AlON試料は同様にALD法で堆積したAl$$_{2}$$O$$_{3}$$ MOSキャパシタよりもシフト量が少なく、電子注入耐性の向上も確認できた。これらの良好な特性は本研究のALD-AlON膜がGaN MOSデバイス向けのゲート絶縁膜として有望であることを示している。

We fabricated AlON dielectric films by repeating thin AlN deposition and in situ O$$_{3}$$ oxidation for AlGaN/GaN MOS-HFETs. Uniform nitrogen distribution is achievable by the proposed ALD-based process and that nitrogen concentration can be precisely controlled by changing AlN thickness (ALD cycle number) in each step. It was found that AlON films grown by ALD system offers significant advantages in terms of practical application while keeping superior Vth stability and electrical properties at the insulator/AlGaN interface in AlGaN/GaN MOS-HFETs.

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