界面制御による窒化ガリウムパワートランジスタの高性能化

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近年、省エネルギーの観点から、インバータ等の電力変換モジュールに用いられるパワーデバイスの低損失化が求められている。GaN等のバンドギャップが大きい半導体は、材料の絶縁破壊電圧が高いために、電力損失の低減が期待されている。本研究では、MOS（金属／酸化物／半導体）型FET（電界効果トランジスタ）の酸化物／半導体界面を制御することで、GaNからなるパワートランジスタを高特性化することを目標としている。現状では、GaN MOSFETは、酸化物／半導体界面の知見が十分に得られていないために、理論的に期待される特性が得られていない。申請者らは、この酸化物／半導体界面に結晶性の酸化ガリウム界面層がナノシート状に存在することを世界で初めて確認しており、この界面層の性状を制御することによって界面特性を向上させ、素子の高特性化に繋げる。ところで、Si等のMOS界面においては、水素が界面特性を向上させることが古くから知られているが、GaN MOS界面において、水素の果たす役割について多くは知られていない。そこで、水素がMOS界面に及ぼす影響を調べるために、水素と酸化物／半導体界面に存在する結晶性の酸化ガリウム界面層との相互作用を調べた。昨年度までの研究では、サファイア基板を用いた素子において、デバイスの水素応答性は界面層によって引き起こされている可能性が大きいことが明らかになった。また、バルク基板の素子でも同様の効果がみられることが明らかになったため、基板の結晶性の影響は少ないと考えられる。昨年度においては、GaN MOSキャパシタにおける絶縁膜の種類や形成条件を変えて、同様の実験を行った。その結果、デバイスの水素応答性は絶縁膜の酸素欠損に起因する可能性が明らかになった。本結果を用いることで、これまで評価することが難しかったMOSFET絶縁膜の酸素欠損評価に繋がる可能性がある。