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口頭

Synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy study of interface reactions in Al/Ti/GaN ohmic contacts

野崎幹人*; 伊藤丈予*; 淺原亮平*; 中澤敏志*; 石田昌宏*; 上田哲三*; 吉越章隆; 寺岡有殿; 細井卓治*; 志村考功*; et al.

no journal, ,

GaNはSiC以上の絶縁破壊電界強度(3.0MV/cm)を有し、AlGaN/GaNヘテロ構造界面に高密度かつ高移動度の2次元電子ガスが形成されることから、次世代パワーデバイス材料として期待されている。高性能GaNパワーデバイスの実現には、GaNあるいはAlGaN/GaNに対するオーミックコンタクト形成技術が重要となる。n-GaNに対しては、Al/Ti積層電極を堆積し加熱処理を行うことによるオーミックコンタクト形成が一般的に用いられており、コンタクト界面でのTiN形成が報告されているが、界面反応について十分な理解はされていない。本研究では、n-GaN層上にTiおよびAl/Tiを蒸着し、加熱処理を行った際の界面反応について、放射光光電子分光分析を行った。シリコン(111)上にn-GaN層をエピタキシャル成長した基板をHCl溶液により洗浄した後、Ti層(4nm)またはAl/Ti層(各2nm)をスパッタ成膜した。これらの試料をSPring-8 BL23SUの表面化学反応解析装置(SUREAC 2000)に導入し、室温でGa 3dスペクトルを取得した。なお、GaN基板ピーク(20eV)により、結合エネルギーの較正、ピーク強度の規格化を行った。Al/Ti積層試料では、17.6eV付近に金属状態のGa起因のピーク(Ga(metal))が見られる一方、Ti単層試料ではこのようなピークはほとんど見られないことから、Ti上へのAl積層がコンタクト界面構造を顕著に変化させることが示唆された。さらにAl/Ti積層試料を超高真空中で600度まで加熱しながらGa 3dスペクトルを取得したところ、400度以上でGa(metal)ピークの増大が確認でき、界面反応がさらに進行したことがわかった。

口頭

低欠陥密度GaN基板の熱酸化過程の評価

山田高寛*; 吉越章隆; 伊藤丈予*; 淺原亮平*; 渡邉健太*; 野崎幹人*; 中澤敏志*; 按田義治*; 石田昌宏*; 上田哲三*; et al.

no journal, ,

高性能GaNパワーデバイスの実現には、リーク電流を抑制するための絶縁ゲート構造が不可欠であるため、絶縁膜/GaN界面の特性改善が必要である。Al $_{2}$ O $_{3}$ など様々な絶縁膜が検討される中、成膜中のGa酸化物界面層の形成やGaN表面の熱酸化によるGa $_{2}$ O $_{3}$ 層の形成など、GaN酸化物との界面において良好な界面特性が得られることが報告されている。一方、GaN表面の自然酸化膜除去やプロセス中の酸化抑制が重要であるといった報告もあり、GaN酸化の更なる理解と制御が求められている。これまで我々は、Si基板上に成長したn-GaN層(GaN/Si)の熱酸化を行い、ピット状の欠陥(転位)での優先的な酸化物形成による特異な初期酸化過程を明らかにしてきた。本研究では、GaN/Siより欠陥密度の低いGaN基板(自立GaN)の熱酸化を行い、熱酸化過程のさらなる検討を行った。自立GaNの熱酸化は、欠陥密度が低いため、900 $^{circ}$ C以上の高温から微細な粒状酸化物が形成され、さらなる高温では表面荒れをともなった酸化物成長が進行することが明らかとなった。

口頭

放射光光電子分光を用いたAl/Ti/n-GaNオーミック接合の界面反応分析

野崎幹人*; 吉越章隆; 伊藤丈予*; 淺原亮平*; 中澤敏志*; 石田昌宏*; 上田哲三*; 細井卓治*; 志村考功*; 渡部平司*

no journal, ,

Ti単層およびAl/Ti積層構造をn-GaN上に形成し、放射光光電子分光分析によりTi/GaN接合界面の構造変化を調べた。Alキャップ層は酸素バリア層として働くだけでなく、Ti中の酸素を取り込むことで界面反応を促進し、室温においてもTi/GaN界面構造を顕著に変化させることを明らかにした。

口頭

熱酸化GaN表面の酸化物形成過程の評価

山田高寛*; 吉越章隆; 伊藤丈予*; 淺原亮平*; 野崎幹人*; 中澤敏志*; 石田昌宏*; 上田哲三*; 細井卓治*; 志村考功*; et al.

no journal, ,

高性能GaN MOSデバイスの実現には、高品質な絶縁膜/GaN界面の形成が不可欠である。自然酸化膜の存在やプロセス中の界面層の成長などを考慮するとGaN表面の酸化の制御は重要である。本研究では、熱酸化したGaN表面の酸化物形成過程について評価した。

口頭

AlGaN表面の熱酸化過程の放射光光電子分光分析

渡邉健太*; 山田高寛*; 野崎幹人*; 中澤敏志*; Shih, H.*; 按田義治*; 上田哲三*; 吉越章隆; 細井卓治*; 志村考功*; et al.

no journal, ,

高性能AlGaN/GaN-HFETの実現には、絶縁膜/AlGaN界面制御が重要である。GaN表面に対しては、熱酸化により極薄GaOx層を形成した後SiO $_{2}$ を堆積したSiO $_{2}$ /GaOx/GaN構造が良好な界面特性を示すことを確認している。AlGaN表面に対しても、オゾンでAlGaN表面を酸化させた後、原子層堆積したAl $_{2}$ O $_{3}$ /AlGaN界面で電気特性が改善したとの報告があるが、AlGaN表面の初期酸化過程に関しては十分な評価は行われていない。そこで大気圧酸素雰囲気中、200-1000度で30分間熱酸化を行ったAlGaN表面を放射光光電子分光分析によって詳細に調べたところ、熱酸化温度が高いほどGa2pスペクトルは高結合エネルギー側にシフトしていることがわかった。Ga2pスペクトルはGa-N成分とGa酸化物起因のGa-O成分の2つにピーク分離可能であり、AlGaN及びGaN表面のGa酸化物(Ga-O)成分比の熱酸化温度依存性から、AlGaNでは酸化温度400度以上で、GaNは700度以上で酸化物が徐々に増加しており、またどちらも900度以上で酸化物が急激に増加していることがわかった。このことからAlGaN表面はGaNと比較して比較的低温でも酸化されやすいと言える。

口頭

Design and control of interface reaction between Al-based dielectrics and AlGaN layer for hysteresis-free AlGaN/GaN MOS-HFETs

渡邉健太*; 野崎幹人*; 山田高寛*; 中澤敏志*; 按田義治*; 石田昌宏*; 上田哲三*; 吉越章隆; 細井卓治*; 志村考功*; et al.

no journal, ,

GaNはパワーデバイスへの応用が期待されている。ゲート絶縁膜として原子層堆積法(ALD)によるAl $_{2}$ O $_{3}$ が広く検討されているが、現在のところ十分な界面特性は得られていない。ALDとスパッタ法の違いとして、ALDでは300度程度で成膜しているのに対し、スパッタ成膜は室温で実施していることから成膜温度が界面特性に影響を与えていると推察される。そこで本研究では、Al $_{2}$ O $_{3}$ 及びAlONについて成膜時の基板温度を室温から300度の範囲で変化させ、放射光光電子分光法によるMOS界面構造評価及び、MOSキャパシタによる電気特性評価を行った。その結果、Al $_{2}$ O $_{3}$ を300度で成膜した場合、成膜中にAlGaN表面の酸化及び後熱処理によるGa拡散が見られ、界面特性が劣化することがわかった。それに対しAlONは成膜温度に関わらず界面反応のほとんど無い良好な熱的安定性を示し、また界面特性にも優れることがわかった。