Control of Ga-oxide interlayer growth and Ga diffusion in SiO/GaN stacks for high-quality GaN-based metal-oxide-semiconductor devices with improved gate dielectric reliability

山田 高寛*; 渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 永*; 高橋 言緒*; 清水 三聡*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Express, 11(1), p.015701_1 - 015701_4, 2018/01

https://doi.org/10.7567/APEX.11.015701

GaN MOSFETは高耐圧・大電流・低損失の次世代スイッチング素子として期待されている。その実現には絶縁膜/GaN界面の特性改善が課題である。本研究ではプラズマCVDによりSiO膜を形成したSiO/GaN構造の後酸化処理を行い、極薄GaO界面層の形成による界面特性向上の効果について検討した。放射光XPS分析から、SiO/GaN界面に極薄GaO界面層が形成されることを確認した。その界面欠陥密度は、700-800Cでの最適な後酸化処理を施すことによってコンダクタンスピークが確認されず、10cmeV台以下の低い値となった。一方、SiO/GaO/GaN構造の後酸化処理は、SiO層中へのGa拡散を誘発し、絶縁性を著しく劣化させた。そこで、後酸化時間を30分間から30秒間とする急速酸化処理を施した。その結果、SiO層中へのGa拡散が制限され、優れた界面特性と高い絶縁性を有する高品質なSiO/GaO/GaN MOS構造が実現できることがわかった。