III族窒化物半導体電子デバイスに関する研究

III族氮化物半导体电子器件的研究

• 批准号: 11J09146
• 负责人: 杉山 貴之
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09146/
• 关键词: GaN; HFET

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 high working rate, high temperature action デ バ イ ス と し て expect さ れ る, III smothering compound semiconductor を with い た ヘ テ ロ construct electricity industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ (HFETs) で は more く の occasions and never try to break the 壊 に crystallization owe 陥 を such as starting point に し て リ ー ク current の concentrated が 発 raw し て electrode の short collaterals, plain child broken 壊 が up き て し ま い ま す. This study で は crystallization owe 陥 の less な い conductivity GaN substrate に high resistance 圧 HFET を be presently す る こ と で リ ー ク current, electricity industry concentrated の ease お よ び, ヘ テ ロ substrate の HFET に い half never try layer thicker than the べ を membrane may な こ と か ら high resistance 圧 デ バ イ ス が may be presently で す. Youdaoplaceholder0 ため ため high pressure resistance · isolated GaN <s:1> crystal growth が important にな <s:1> ます ます. High resistance to 圧 · never try GaN crystal growth method と し て organometallic の メ チ ル base を materials と し た carbon ド ー プ す る methods が report さ れ て い ま す が, こ の way は organic metal materials に ま れ る メ チ ル base の from を suppression す る necessary が あ り system of carbon concentration の royal sex に spent し い で す. This study で は carbon materials と し て ア セ チ レ ン を add す る こ と で hiroo い concentration domain (1017 ^ ~ 1019 cm ^ < - > 3) に お い て な good suppression を may に し ま し た. ア セ チ レ ン を supply し な い state で の carbon concentration か ら necessary な ア セ チ レ ン supply が to measure may で あ る こ と を shows し ま し た. さ ら に デ バ イ ス プ ロ セ ス を イ オ ン injection に よ る element child separation, never try protective film film を import す る こ と で improve し high resistance 圧 HFET を cropping し ま し た. Cropping し た high resistance 圧 HFET を review 価 す る た め high electric 圧 と galvanometer を group み close わ せ て measurement circuit, プ ロ グ ラ ム を made し HFET の 圧 resistance measurement line を い ま し た. High carbon concentration, high resistance to 圧 GaN の be presently に よ り GaN substrate に に element child when never try to break the 壊 broken 壊 を with わ な い 圧 resistance above 1 kv の low resistance HFET を be presently し ま し た. This research line で っ た GaN substrate に HFET を cropping す る ア プ ロ ー チ は heterogeneous substrate の HFET と は different な り grid unconformity の を by け な い た め 圧 resistant floors の film thickness limitations を by け る こ と な く ultra-high resistance 圧 デ バ イ ス を be presently す る こ と が may で あ る. Youdaoplaceholder0, establish the high-pressure-resistant GaN growth technology of た た HFET on heterogeneous substrates にお て て 応 応 using possible な wide である techniques である.

项目成果

非極性a面及びc面GaN基板上AlGaN/GaN HFETsにおける電流コラプス評価

非极性 a 面和 c 面 GaN 衬底上的 AlGaN/GaN HFET 的电流崩塌评估

• 发表时间: 2011
• 作者: 杉山貴之;他
• 通讯作者: 他

GaN系HFETsの電流コラプスの測定:非極性a面GaN基板上HFET及びc-GaN基板上p-GaNゲートを用いたノーマリーオフ型JHFET

测量 GaN 基 HFET 的电流崩塌：非极性 a 平面 GaN 衬底上的 HFET 和 c-GaN 衬底上使用 p-GaN 栅极的常断 JHFET

• 发表时间: 2011
• 期刊: 電子情報通信学会技術研究報告
• 作者: 杉山貴之;他
• 通讯作者: 他

Design of AlGaN/GaN HFETs with high breakdown voltage with carbon-doped GaN on conductive GaN substrate

导电 GaN 衬底上碳掺杂 GaN 高击穿电压 AlGaN/GaN HFET 的设计

• 发表时间: 2012
• 作者: 杉山貴之;他;池田聡史;T. Sugiyama
• 通讯作者: T. Sugiyama

Drain bias stress and memory effects in AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors with p-GaN gate

具有 p-GaN 栅极的 AlGaN/GaN 异质结构场效应晶体管中的漏极偏置应力和记忆效应

• DOI: 10.1002/pssc.201100397
• 发表时间: 2011
• 期刊: Phys.Status Solidi C
• 作者: T.Sugiyama;et al
• 通讯作者: et al

Vertical breakdown characteristics of AlGaN/GaN HFET with carbon-doped GaN on conductive GaN substrate

导电 GaN 衬底上碳掺杂 GaN 的 AlGaN/GaN HFET 的垂直击穿特性

• 发表时间: 2012
• 作者: 杉山貴之;他;池田聡史;T. Sugiyama;T. Sugiyama
• 通讯作者: T. Sugiyama