III族窒化物半導体電子デバイスに関する研究

A高効率・高温動作デバイスとして期待される、III族窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタ(HFETs)では多くの場合、絶縁破壊時に結晶欠陥等を起点にしてリーク電流の集中が発生して電極の短絡・素子破壊が起きてしまいます。本研究では結晶欠陥の少ない導電性GaN基板上に高耐圧HFETを実現することでリーク電流・電界集中の緩和および、ヘテロ基板上のHFETに比べ厚い半絶縁層を製膜可能なことから高耐圧デバイスが実現可能です。そのため高耐圧・絶縁性GaNの結晶成長が重要になります。高耐圧・絶縁性GaN結晶成長方法として有機金属のメチル基を原料とした炭素ドープする方法が報告されていますが、この方法は有機金属原料に含まれるメチル基の脱離を制御する必要があり炭素濃度の制御性に乏しいです。本研究では炭素原料としてアセチレンを添加することで広い濃度域(1017^～1019cm^<-3>)において良好な制御を可能にしました。アセチレンを供給しない状態での炭素濃度から必要なアセチレン供給量が予測可能であることを見出しました。さらにデバイスプロセスをイオン注入による素子分離・絶縁保護膜成膜を導入することで改善し高耐圧HFETを作製しました。作製した高耐圧HFETを評価するため高電圧電源と電流計を組み合わせて測定回路・プログラムを作成しHFETの耐圧測定を行いました。高炭素濃度・高耐圧GaNの実現によりGaN基板上に絶縁破壊時に素子破壊を伴わない耐圧1kV以上の低抵抗HFETを実現しました。本研究で行ったGaN基板上にHFETを作製するアプローチは異種基板上のHFETとは異なり格子不整合の影響を受けないため高耐圧層の膜厚制限を受けることなく超高耐圧デバイスを実現することが可能である。また、確立した高耐圧GaN成長技術は異種基板上HFETにおいても応用可能な広い手法である。

A高効率・高温動作デバイスとして期待される、III族窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタ(HFETs)では多くの場合、絶縁破壊時に結晶欠陥等を起点にしてリーク電流の集中が発生して電極の短絡・素子破壊が起きてしまいます。本研究では結晶欠陥の少ない導電性GaN基板上に高耐圧HFETを実現することでリーク電流・電界集中の緩和および、ヘテロ基板上のHFETに比べ厚い半絶縁層を製膜可能なことから高耐圧デバイスが実現可能です。そのため高耐圧・絶縁性GaNの結晶成長が重要になります。高耐圧・絶縁性GaN結晶成長方法として有機金属のメチル基を原料とした炭素ドープする方法が報告されていますが、この方法は有機金属原料に含まれるメチル基の脱離を制御する必要があり炭素濃度の制御性に乏しいです。本研究では炭素原料としてアセチレンを添加することで広い濃度域(1017^～1019cm^<-3>)において良好な制御を可能にしました。アセチレンを供給しない状態での炭素濃度から必要なアセチレン供給量が予測可能であることを見出しました。さらにデバイスプロセスをイオン注入による素子分離・絶縁保護膜成膜を導入することで改善し高耐圧HFETを作製しました。作製した高耐圧HFETを評価するため高電圧電源と電流計を組み合わせて測定回路・プログラムを作成しHFETの耐圧測定を行いました。高炭素濃度・高耐圧GaNの実現によりGaN基板上に絶縁破壊時に素子破壊を伴わない耐圧1kV以上の低抵抗HFETを実現しました。本研究で行ったGaN基板上にHFETを作製するアプローチは異種基板上のHFETとは異なり格子不整合の影響を受けないため高耐圧層の膜厚制限を受けることなく超高耐圧デバイスを実現することが可能である。また、確立した高耐圧GaN成長技術は異種基板上HFETにおいても応用可能な広い手法である。