界面電荷・歪分極エンジニアリングの併用による窒化物半導体デバイス閾値電圧制御

AlGaN/GaNヘテロ構造電界効果トランジスタなど窒化物半導体トランジスタの作製プロセス技術において、界面電荷エンジニアリングと歪分極エンジニアリングを併用するためには、半導体表面に対する成膜に際し、界面電荷を制御しつつ半導体内部に歪勾配を与える手法を見出すことが重要である。そこで、様々な種類の成膜が可能となるように原子層堆積装置の改造を行った。これにより、酸化膜に加えて窒化膜や酸窒化膜の成膜が可能となる。また、GaN系半導体表面に形成した構造が半導体内部の電気特性に与える影響を評価する手法の検討を行った。特に、半導体表面にオーミック金属を形成した場合には、特性評価のために注入する電流が半導体側と金属側に分配されて流れるため、半導体内部のみの電気特性を抽出することは容易ではなかった。検討の結果、従来のエンドコンタクト抵抗法とフローティングコンタクト抵抗法に加え、多端子ホール素子測定法が有効であることが明らかとなった。さらに、高周波帯におけるフローティングコンタクトインピーダンス測定を検討した結果、この測定が半導体中の空乏層長を直接評価することに有効であることがわかった。これらの評価手法によって、表面にオーミック金属が形成されているAlGaN/GaNヘテロ構造やn型GaNにおいて、金属によって加えられた歪勾配に由来する分極ドーピングが起源であると考えられるキャリア濃度増加や空乏層長減少が生じていることがわかった。

AlGaN/GaNヘテロ構造電界効果トランジスタなど窒化物半導体トランジスタの作製プロセス技術において、界面電荷エンジニアリングと歪分極エンジニアリングを併用するためには、半導体表面に対する成膜に際し、界面電荷を制御しつつ半導体内部に歪勾配を与える手法を見出すことが重要である。そこで、様々な種類の成膜が可能となるように原子層堆積装置の改造を行った。これにより、酸化膜に加えて窒化膜や酸窒化膜の成膜が可能となる。また、GaN系半導体表面に形成した構造が半導体内部の電気特性に与える影響を評価する手法の検討を行った。特に、半導体表面にオーミック金属を形成した場合には、特性評価のために注入する電流が半導体側と金属側に分配されて流れるため、半導体内部のみの電気特性を抽出することは容易ではなかった。検討の結果、従来のエンドコンタクト抵抗法とフローティングコンタクト抵抗法に加え、多端子ホール素子測定法が有効であることが明らかとなった。さらに、高周波帯におけるフローティングコンタクトインピーダンス測定を検討した結果、この測定が半導体中の空乏層長を直接評価することに有効であることがわかった。これらの評価手法によって、表面にオーミック金属が形成されているAlGaN/GaNヘテロ構造やn型GaNにおいて、金属によって加えられた歪勾配に由来する分極ドーピングが起源であると考えられるキャリア濃度増加や空乏層長減少が生じていることがわかった。