AlN系ナイトライドによる次世代小型・超高出力・高効率パワーデバイス

本研究では、バンドギャップエネルギーが半導体の中で最も大きいA1N系ナイトライドによる高性能デバイスを目指すことを目標に2カ年研究を遂行した。最終年度の平成19年度は、前年に実現した高性能ノーマリオフ型A1GaN/GaN系FETをさらに高性能化することを目指し研究を推進した。さらに、本技術を発展させ高感度フォトFETの検討を行った。主な検討項目と、その概要について以下に示し概説する。1.デバイスシミュレータを活用したデバイス構造の最適化…電流連続の式およびポアソン方程式をセルフコンシステントに解くことによって、バンド計算を行い、デバイス構造の最適化を進めた。2.エッチング条件および表面処理の最適化…本研究課題で取組む電力変換素子はp型を用いることによってノーマリオフ化しているため、プラズマエッチングを行う必要がある。そのエッチング条件の見直しを行った。さらにエッチングした表面ダメージによる表面準位を低減するために、表面パッシベーションを行った。特にSiO_2とSiN_xの比較などを行った3.フォトFETの検討を行った…本研究で開発を進めた電力変換素子は、非常に低OFF電流が実現できるため、その特性を生かしてフォトFETの開発を進めたこれらによって、◆良好なノーマリオフ特性 ◆OFF時のリーク電流が非常に少ない(300pA/mm以下) ◆ドレイン電流のON/0FF比が9桁以上 ◆低オン抵抗(3mΩ/cm^2) ◆大きなSub-threshold swing(80mV/div)◆高耐圧(300V以上)など高性能電力変換素子を実現した。さらに、高性能フォトFETに関する研究を実現した。

本研究では、バンドギャップエネルギーが半導体の中で最も大きいA1N系ナイトライドによる高性能デバイスを目指すことを目標に2カ年研究を遂行した。最終年度の平成19年度は、前年に実現した高性能ノーマリオフ型A1GaN/GaN系FETをさらに高性能化することを目指し研究を推進した。さらに、本技術を発展させ高感度フォトFETの検討を行った。主な検討項目と、その概要について以下に示し概説する。1.デバイスシミュレータを活用したデバイス構造の最適化…電流連続の式およびポアソン方程式をセルフコンシステントに解くことによって、バンド計算を行い、デバイス構造の最適化を進めた。2.エッチング条件および表面処理の最適化…本研究課題で取組む電力変換素子はp型を用いることによってノーマリオフ化しているため、プラズマエッチングを行う必要がある。そのエッチング条件の見直しを行った。さらにエッチングした表面ダメージによる表面準位を低減するために、表面パッシベーションを行った。特にSiO_2とSiN_xの比較などを行った3.フォトFETの検討を行った…本研究で開発を進めた電力変換素子は、非常に低OFF電流が実現できるため、その特性を生かしてフォトFETの開発を進めたこれらによって、◆良好なノーマリオフ特性 ◆OFF時のリーク電流が非常に少ない(300pA/mm以下) ◆ドレイン電流のON/0FF比が9桁以上 ◆低オン抵抗(3mΩ/cm^2) ◆大きなSub-threshold swing(80mV/div)◆高耐圧(300V以上)など高性能電力変換素子を実現した。さらに、高性能フォトFETに関する研究を実現した。