The interface properties and energy band alignment of SiO2/GaN metal-oxide-semiconductor (MOS) structures fabricated on N-polar GaN(0001¯) substrates were investigated by electrical measurements and synchrotron-radiation x-ray photoelectron spectroscopy. They were then compared with those of SiO2/GaN MOS structures on Ga-polar GaN(0001). Although the SiO2/GaN(0001¯) structure was found to be more thermally unstable than that on the GaN(0001) substrate, excellent electrical properties were obtained for the SiO2/GaN(0001¯) structure by optimizing conditions for post-deposition annealing. However, the conduction band offset for SiO2/GaN(0001¯) was smaller than that for SiO2/GaN(0001), leading to increased gate leakage current. Therefore, caution is needed when using N-polar GaN(0001¯) substrates for MOS device fabrication.

1.
B. J.
Baliga
,
Semicond. Sci. Technol.
28
,
074011
(
2013
).
2.
T.
Kachi
,
Jpn. J. Appl. Phys.
53
,
100210
(
2014
).
3.
H.
Amano
,
Y.
Baines
,
E.
Beam
 et al,
J. Phys. D
51
,
163001
(
2018
).
4.
M. A.
Khan
,
J. N.
Kuznia
,
D. T.
Olson
,
W. J.
Schaff
,
J. W.
Burm
, and
M. S.
Shur
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
1121
(
1994
).
5.
T.
Ueda
,
M.
Ishida
,
T.
Tanaka
, and
D.
Ueda
,
Jpn. J. Appl. Phys.
53
,
100214
(
2014
).
6.
M.
Kuzuhara
,
J. T.
Asubar
, and
H.
Tokuda
,
Jpn. J. Appl. Phys.
55
,
070101
(
2016
).
7.
R.
Asahara
,
M.
Nozaki
,
T.
Yamada
,
J.
Ito
,
S.
Nakazawa
,
M.
Ishida
,
T.
Ueda
,
A.
Yoshigoe
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Appl. Phys. Express
9
,
101002
(
2016
).
8.
S.
Nakazawa
,
H.-A.
Shih
,
N.
Tsurumi
 et al, in
IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
(
IEEE
,
2017
), pp.
25.1.1
25.1.4
.
9.
J. T.
Asubar
,
Z.
Yatabe
,
D.
Gregusova
, and
T.
Hashizume
,
J. Appl. Phys.
129
,
121102
(
2021
).
10.
H.
Otake
,
K.
Chikamatsu
,
A.
Yamaguchi
,
T.
Fujishima
, and
H.
Ohta
,
Appl. Phys. Express
1
,
011105
(
2008
).
11.
T.
Oka
,
Y.
Ueno
,
T.
Ina
, and
K.
Hasegawa
,
Appl. Phys. Express
7
,
021002
(
2014
).
12.
T.
Oka
,
T.
Ina
,
Y.
Ueno
, and
J.
Nishii
,
Appl. Phys. Express
8
,
054101
(
2015
).
13.
M.
Yoshino
,
Y.
Ando
,
M.
Deki
,
T.
Toyabe
,
K.
Kuriyama
,
Y.
Honda
,
T.
Nishimura
,
H.
Amano
,
T.
Kachi
, and
T.
Nakamura
,
Materials
12
,
689
(
2019
).
14.
R.
Tanaka
,
S.
Takashima
,
K.
Ueno
,
H.
Matsuyama
, and
M.
Edo
,
Jpn. J. Appl. Phys.
59
,
SGGD02
(
2020
).
15.
S.
Rajan
,
A.
Chini
,
M. H.
Wong
,
J. S.
Speck
, and
U. K.
Mishra
,
J. Appl. Phys.
102
,
044501
(
2007
).
16.
M. H.
Wong
,
S.
Keller
,
Nichi
,
S.
Dasgupta
,
D. J.
Denninghoff
,
S.
Kolluri
,
D. F.
Brown
,
J.
Lu
,
N. A.
Fichtenbaum
,
E.
Ahmadi
,
U.
Singisetti
,
A.
Chini
,
S.
Rajan
,
S. P.
DenBaars
,
J. S.
Speck
, and
U. K.
Mishra
,
Semicond. Sci. Technol.
28
,
074009
(
2013
).
17.
S.
Wienecke
,
B.
Romanczyk
,
M.
Guidry
,
H.
Li
,
E.
Ahmadi
,
K.
Hestroffer
,
X.
Zheng
,
S.
Keller
, and
U. K.
Mishra
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
359
(
2017
).
18.
B.
Romanczyk
,
S.
Wienecke
,
M.
Guidry
,
H.
Li
,
E.
Ahmadi
,
X.
Zheng
,
S.
Keller
, and
U. K.
Mishra
,
IEEE Trans. Electron Devices
65
,
45
(
2018
).
19.
T.
Narita
,
T.
Kachi
,
K.
Kataoka
, and
T.
Uesugi
,
Appl. Phys. Express
10
,
016501
(
2017
).
20.
S. J.
Pearton
,
C. B.
Vartuli
,
J. C.
Zolper
,
C.
Yuan
, and
R. A.
Stall
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
1435
(
1995
).
21.
A. N.
Hattori
,
K.
Endo
,
K.
Hattori
, and
H.
Daimon
,
Appl. Surf. Sci.
256
,
4745
(
2010
).
22.
T.
Kimoto
,
Y.
Kanzaki
,
M.
Noborio
,
H.
Kawano
, and
H.
Matsunami
,
Jpn. J. Appl. Phys.
44
,
1213
(
2005
).
23.
T.
Hatakeyama
,
T.
Suzuki
,
J.
Senzaki
,
K.
Fukuda
,
H.
Matsuhata
,
T.
Shinohe
, and
K.
Arai
,
Mater. Sci. Forum
600–603
,
783
(
2009
).
24.
T.-H.
Kil
and
K.
Kita
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
122103
(
2020
).
25.
I.
Sayed
,
B.
Bonef
,
W.
Liu
,
S.
Chan
,
J.
Georgieva
,
J. S.
Speck
,
S.
Keller
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
172104
(
2019
).
26.
I.
Sayed
,
W.
Liu
,
J.
Georgieva
,
A.
Krishna
,
S.
Keller
, and
U. K.
Mishra
,
Semicond. Sci. Technol.
35
,
095027
(
2020
).
27.
I.
Sayed
,
W.
Liu
,
B.
Romanczyk
,
J.
Georgieva
,
S.
Chan
,
S.
Keller
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Express
13
,
061010
(
2020
).
28.
M.
Nozaki
,
D.
Terashima
,
A.
Yoshigoe
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Jpn. J. Appl. Phys.
59
,
SMMA07
(
2020
).
29.
T.
Yamada
,
K.
Watanabe
,
M.
Nozaki
,
H.
Yamada
,
T.
Takahashi
,
M.
Shimizu
,
A.
Yoshigoe
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Appl. Phys. Express
11
,
015701
(
2018
).
30.
Y.
Teraoka
and
A.
Yoshigoe
,
Appl. Surf. Sci.
169
,
738
(
2001
).
31.
T.
Yamada
,
J.
Ito
,
R.
Asahara
,
K.
Watanabe
,
M.
Nozaki
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
261603
(
2017
).
32.
K.
Mitsuishi
,
K.
Kimoto
,
Y.
Irokawa
,
T.
Suzuki
,
K.
Yuge
,
T.
Nabatame
,
S.
Takashima
,
K.
Ueno
,
M.
Edo
,
K.
Nakagawa
, and
Y.
Koide
,
Jpn. J. Appl. Phys.
56
,
110312
(
2017
).
33.
T. K.
Zywietz
,
J.
Neugebauer
, and
M.
Scheffler
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
1695
(
1999
).
34.
M.
Sumiya
,
M.
Sumita
,
Y.
Asai
,
R.
Tamura
,
A.
Uedono
, and
A.
Yoshigoe
,
J. Phys. Chem. C
124
,
25282
(
2020
).
35.
E. H.
Nicollian
and
J. R.
Brews
,
MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology
(
Wiley
,
1982
).
36.
Y.
Wada
,
M.
Nozaki
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Jpn. J. Appl. Phys.
59
,
SMMA03
(
2020
).
37.
M.
Lenzlinger
and
E. H.
Snow
,
J. Appl. Phys.
40
,
278
(
1969
).
38.
S.
Takashima
,
Z.
Li
, and
T. P.
Chow
,
Jpn. J. Appl. Phys.
52
,
08JN24
(
2013
).
39.
S.
Miyazaki
,
H.
Nishimura
,
M.
Fukuda
,
L.
Ley
, and
J.
Ristein
,
Appl. Surf. Sci.
113–114
,
585
(
1997
).
40.
M.
Sometani
,
R.
Hasunuma
,
M.
Ogino
,
H.
Kuribayashi
,
Y.
Sugahara
, and
K.
Yamabe
,
Jpn. J. Appl. Phys.
48
,
05DB03
(
2009
).
41.
M.
Sometani
,
R.
Hasunuma
,
M.
Ogino
,
H.
Kuribayashi
,
Y.
Sugahara
,
A.
Uedono
, and
K.
Yamabe
,
Jpn. J. Appl. Phys.
51
,
021101
(
2012
).
42.
T. P.
Chow
and
M.
Ghezzo
,
MRS Online Proc. Libr.
423
,
9
21
(
1996
).
You do not currently have access to this content.