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絶縁膜/窒化ガリウム系半導体界面の電子準位評価と光応答特性

绝缘膜/氮化镓半导体界面的电子能级评价及光响应特性

基本信息

批准号：
10J01555
负责人：
水江千帆子
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J01555/
关键词：
AlGaN/GaN Al2O3 MIS C-V photo-assist interface state

项目摘要

窒化ガリウム(GaN)材料はシリコンを超える物性値を持ち、電力変換素子応用のための電子デバイス材料として注目され、MIS(金属/絶縁膜/半導体)ゲート構造の開発が精力的に続けられている。しかし、GaN混晶材料はワイドギャップであるため、I/S界面に存在する電子準位の帯電状態の熱的な変化を観測することが困難であり、特に絶縁膜/AlGaN接合面における報告は無いため、MIS界面評価がデバイス応用の重要課題であった。そこで、汎用AlGaN/GaNヘテロ構造上にAl2O3を用いてMISゲートを作製し、課題に対するアプローチとして、I/S界面特性の直接的観察のための光支援C-V(容量-電圧)測定を行った。光照射を併用したC-V測定では、光源に単色光を用い、フォトンエネルギーにより界面準位の意図的なエネルギー範囲での光イオン化を誘起することで、熱では応答しない界面準位のイオン化をC-V観測した。また、複数の単色光による光照射C-V測定を行うことで、絶縁膜/AlGaN界面準位の直接的観測を行い、ミッドギャップ付近に存在する界面準位密度を決定することに初めて成功した。同時に、バンド構造計算を1次元ポアソン方程式により詳細に決定し、そのエネルギーを用いることで界面準位分布の定量的な評価を行った。その結果、Al203/AlGaN界面には5x1012cm-2eV-1の電子準位が存在していることが明らかとなり、Al2O3/n-GaN界面と比較して1桁ほど高密度であった。これは、AlGaN/GaNのしきい値を2V近くシフトさせる電子準位密度であり、AlGaN/GaN電子デバイス素子の不安定性を引き起こす原因となり得る。信頼性のためには、更なる界面準位の低減が必要であることが分かった。

GaN materials are characterized by high temperature, high physical properties, high conductivity, and low thermal conductivity. MIS(metal/insulator/semiconductor) structures are characterized by high thermal conductivity and high thermal conductivity. GaN mixed crystal materials are difficult to measure in thermal transition of electron level at I/S interface, especially at insulating film/AlGaN interface. In this paper, the author discusses the application of MIS in Al2O3 in general AlGaN/GaN interface structure, and the direct observation of I/S interface characteristics and optical support C-V(capacity-voltage) measurement. C-V measurement of light irradiation and light source color light irradiation and light irradiation of interface alignment The determination of C-V by multiple monochromatic light irradiation was carried out successfully, and the interface level density of dielectric film/AlGaN was determined by direct measurement. At the same time, the structure of the calculation of 1-dimensional solution equation, detailed determination, the use of the interface level distribution and quantitative evaluation As a result, the Al2O3/AlGaN interface has an electron level of 5 x 1012cm-2eV-1, and the Al2O3/n-GaN interface has a high density. The electron quasi-density of AlGaN/GaN is about 2V, and the electron instability of AlGaN/GaN is the cause of this phenomenon. It is necessary to reduce the level of the interface between the letter and the letter.