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Implementation of atomic layer deposition-based AlON gate dielectrics in AlGaN/GaN MOS structure and its physical and electrical properties

AlGaN/GaN MOS構造のAlONゲート絶縁原子層の実現とその物理的および電気的特性

野崎 幹人*; 渡邉 健太*; 山田 高寛*; Shih, H.-A.*; 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.-A.*; Nakazawa, Satoshi*; Anda, Yoshiharu*; Ueda, Tetsuzo*; Yoshigoe, Akitaka; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

MOSゲート構造の採用によるAlGaN/GaN-HFETの高性能化のためにはリーク電流が少なく、かつ界面特性が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る。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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パーセンタイル:59.26

分野:Physics, Applied

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