Electrical properties and energy band alignment of SiO/GaN metal-oxide-semiconductor structures fabricated on N-polar GaN(000) substrates

N極性GaN(000)基板上に形成したSiO/GaN金属-酸化物-半導体構造の電気的特性とエネルギーバンドアライメント

溝端 秀聡*; 冨ヶ原 一樹*; 野崎 幹人*; 小林 拓真*; 吉越 章隆 ; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Mizobata, Hidetoshi*; Tomigahara, Kazuki*; Nozaki, Mikito*; Kobayashi, Takuma*; Yoshigoe, Akitaka; Hosoi, Takuji*; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

N極性GaN(000)基板上に作製したSiO/GaN MOS構造の界面特性とエネルギーバンドアライメントを、電気測定と放射光X線光電子分光法を用いて調べた。さらに、得られた結果をGa極性GaN(0001)上のSiO/GaN MOS構造の特性と比較した。SiO/GaN(000)構造はGaN(0001)基板上に作製した構造よりも熱的に不安定であることがわかった。しかし、絶縁膜堆積後アニールの条件を最適化することにより、SiO/GaN(000)構造でも優れた電気特性が得られた。一方で、SiO/GaN(000)構造の伝導帯オフセットがSiO/GaN(0001)構造よりも小さく、これによるゲートリーク電流の増大が見られた。以上のことから、MOSデバイスの作製においてN極性GaN(000)基板の利用には注意を要することを明らかにした。

The interface properties and energy band alignment of SiO/GaN metal-oxide-semiconductor (MOS) structures fabricated on N-polar GaN(000) substrates were investigated by electrical measurements and synchrotron-radiation X-ray photoelectron spectroscopy. They were then compared with those of SiO/GaN MOS structures on Ga-polar GaN(0001). Although the SiO/GaN(000) structure was found to be more thermally unstable than that on the GaN(0001) substrate, excellent electrical properties were obtained for the SiO/GaN(000) structure by optimizing conditions for post-deposition annealing. However, the conduction band offset for SiO/GaN(000) was smaller than that for SiO/GaN(0001), leading to increased gate leakage current. Therefore, caution is needed when using N-polar GaN(000) substrates for MOS device fabrication.