Development of GaN CMOS Monolithic Integrated Circuits Technology Using Crystal Hetero-Polarity Control

利用晶体异质性控制的GaN CMOS单片集成电路技术的开发

• 批准号: 22KK0055
• 负责人: 林 侑介
• 金额: $ 12.9万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0055/
• 关键词: ワイドギャップ半導体; 窒化ガリウム; 窒化アルミニウム; GaN; CMOS; 極性制御

2次元電子ガスをnチャネルに利用した「窒化ガリウム（GaN）高電子移動度トランジスタ（GaN HEMT）」は高周波パワーデバイスとして高速無線通信のインフラ増強を牽引してきた。対照的に、2次元正孔ガスは正孔移動度が小さいためpチャネルデバイスは実用化に至っていない。本研究では、高性能・低コストな相補型金属酸化膜半導体構造（CMOS）をGaNによって開発するため、「ヘテロ極性制御によるCMOS集積方法の開発」、「歪エンジニアリングによるpチャネル導電性の向上」に取り組む。この課題達成のため、2022年度は、【①pチャネルの移動度解析】、【②表面クリーニングで生じるアルミニウム（Al）液滴の微細構造解析】、【③ナノパターン基板上窒化アルミニウム（AlN）テンプレートの微細構造解析】の3点に取り組んだ。①では、実験的に得られたpチャネルの正孔移動度が理論値よりも低くなることが明らかになり、その原因として、表面クリーニングの未実施によって生じるキャリア散乱の可能性を考察した。②では、表面クリーニングで意図せず生じるアルミニウム（Al）液滴と、これによって誘起されるAlNのエッチング抑制機構を透過電子顕微鏡（TEM）観察によって観察し、その生成機構を考察した。③では、高導電性p型チャネルを形成するため、歪制御に向けたナノパターン基板上AlN厚膜の微細構造解析に取り組んだ。これらの結果から、正孔移動度を向上させつつも、Al液滴を発生させないようなクリーニング条件の最適化の必要性が示された。加えて、歪制御に向けて導入したナノパターン構造が結晶成長中に空孔構造・転位分布を誘起するメカニズムが明らかとなった。

Two yuan electronic ガ ス を n チ ャ ネ ル に using し た "smothering ガ リ ウ ム (GaN) high degree of electronic mobile ト ラ ン ジ ス タ (GaN HEMT)" は high frequency パ ワ ー デ バ イ ス と し て high-speed wireless communication の イ ン フ ラ raised strong を traction し て き た. Polices according に, 2 yuan is hole ガ ス は moving hole degrees が small さ い た め p チ ャ ネ ル デ バ イ ス は be in turn に to っ て い な い. This study で は, high performance, low コ ス ト な phase fill metal acidification membrane structure semiconductor (CMOS) を GaN に よ っ て open 発 す る た め, "ヘ テ ロ polarity suppression に よ る の open 発 CMOS set product method", "slanting エ ン ジ ニ ア リ ン グ に よ る p チ ャ ネ ル conductivity の up" に む り group. こ の subject to achieve の た は め, 2022, (1) p チ ャ ネ ル の mobile degrees parsing 】 and 【 (2) the surface ク リ ー ニ ン グ で raw じ る ア ル ミ ニ ウ ム (Al) droplets の micro structural analysis], [3 ナ ノ パ タ ー ン substrate smothering the ア ル ミ ニ ウ ム (AlN) テ ン プ レ ー ト の fine structure parsing 】 の に take り group at 3 ん だ. 1) で は, be 験 に better ら れ た p チ ャ ネ ル の moving hole degrees が theory numerical よ り も low く な る こ と が Ming ら か に な り, そ の reason と し て, surface ク リ ー ニ ン グ の not be shi に よ っ て raw じ る キ ャ リ ア scattered possibility の を investigation し た. (2) で は, surface ク リ ー ニ ン グ で meaning 図 せ ず raw じ る ア ル ミ ニ ウ ム (Al) droplets と, こ れ に よ っ て induced さ れ る AlN の エ ッ チ ン グ inhibit institutions を through electronic 顕 micro mirror (TEM) 観 examine に よ っ て 観 し, そ の production mechanism を investigation し た. (3) で は, high electrical conductivity p-type チ ャ ネ ル を form す る た め, slanting suppression に to け た ナ ノ パ タ ー ン substrate AlN thick film の fine structure parsing に group take り ん だ. こ れ ら の results か ら upward, moving hole を さ せ つ つ も, Al droplet を 発 raw さ せ な い よ う な ク リ ー ニ ン の グ conditions optimization の necessity が shown さ れ た. Add え て, slanting suppression に to け て import し た ナ ノ パ タ ー ン tectonic が に empty hole in crystal growth, construction planning, a distribution を induced す る メ カ ニ ズ ム が Ming ら か と な っ た.

项目成果

コーネル大学(米国)

康奈尔大学（美国）

高品質AlNテンプレートの歪制御と電子デバイス応用

高质量 AlN 模板的应变控制和电子设备应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 林侑介;藤平哲也;Yongjin Cho;Huili Grace Xing;Debdeep Jena;三宅秀人;酒井朗
• 通讯作者: 酒井朗

大阪大学 酒井研究室

大阪大学堺实验室

TEM Analysis of MBE-Grown AlN on N-polar Sputtered and Annealed AlN templates

N 极溅射和退火 AlN 模板上 MBE 生长的 AlN 的 TEM 分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Hayashi;T. Tohei;Z. Zhang;H. G. Xing;D. Jena;Y. Cho;H. Miyake;and A. Sakai
• 通讯作者: and A. Sakai

Crack Formation Mechanism of Sputtered and Annealed AlN on c- and a-Plane Sapphire

c、a 面蓝宝石上溅射退火 AlN 裂纹形成机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Hayashi;T. Tohei;K. Uesugi;K. Shojiki;H. Miyake;and A. Sakai
• 通讯作者: and A. Sakai