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通信機の超低消費電力化に向けた窒化ガリウム系高周波トランジスタの開発

开发用于通信设备超低功耗的氮化镓基高频晶体管

基本信息

批准号：
22KJ1532
负责人：
隈部岳瑠
金额：
$ 1.41万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、次世代通信用半導体素子として期待されている窒化アルミニウムガリウム・窒化ガリウム・ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(AlGaN/GaN HBT)の高周波動作実証を目指し、デバイス構造検討と要素技術開発を行う。本年度はAlGaN/GaN HBTの高周波動作実証のカギとなる、ベース領域の低抵抗化に焦点を絞り、新規デバイス構造の検討と要素技術の開発を行った。具体的には、「分布型分極ドーピング(DPD）」のAlGaN/GaN HBT応用を目指し、DPD層の基礎物性評価を行った。まず、DPDの実現に不可欠な「傾斜組成AlGaN」の作製に向けて、成長パラメータの検討を行った。成長時の原料供給比や圧力などを調整した結果、積層方向にAlNモル分率が線形に変化する傾斜組成AlGaN層の作製・制御に成功した。次に、デバイス応用に向けて、DPDのみで作製したp-n接合の電気的特性を調査した。容量-電圧特性から、DPDは従来Mgドーピングに比べて精密な空間電荷密度分布制御が可能であることを見出した。また、拡散・再結合電流モデルで説明可能な電流-電圧特性やアバランシェ降伏など、教科書的なp-n接合の諸特性も初めて観測した。以上から、DPDのみで電子デバイスを作製可能であることを実証した。最後に、DPDを活用したAlGaN/GaN HBTの性能予測に向けて、p型DPD層中の正孔移動度と電子寿命調査した。正孔移動度の温度特性からp型DPD層中における正孔の散乱機構を明らかにし、任意の組成・温度帯における移動度の予測モデルを作成した。また、p型DPD層を用いたダイオードの電流電圧特性から、従来のMgドープGaNに比べ数倍長い電子寿命を実現可能であることを見出した。以上のように、従来のMgドーピングよりも優れた特性を有するp型層を実現できることを初めて明らかにし、そのモデル化に成功した。

This study aims to provide guidance for the realization of high cycle ratio of semiconductor elements for next generation communication (AlGaN/GaN HBT), as well as structural analysis and key technology development. This year, we will continue to demonstrate the high cycle ratio of AlGaN/GaN HBT, focus on low resistivity in the field, and develop new technologies for research elements. Specifically, the "distributed polarization (DPD)" of AlGaN/GaN HBT is indicated by the basic physical properties of the DPD layer. The implementation of DPD and DPD cannot be achieved without the discussion of the production direction and growth of "inclined composition AlGaN". As a result of adjusting the raw material supply ratio and pressure during growth, the fabrication and control of the AlGaN layer was successful due to the change of AlN composition ratio and linear shape. The electrical characteristics of the p-n junction were investigated. Capacity-voltage characteristics, DPD, Mg, Mg The characteristics of current-voltage characteristics, voltage drop, and p-n junction in textbooks are described in detail in this paper. The above is true of the electronic system. Finally, performance prediction of AlGaN/GaN HBT using DPD and electron lifetime measurement of positive hole mobility in p-type DPD layer Temperature characteristics of positive hole mobility in p-type DPD layer, random structure of positive hole, arbitrary composition, temperature range, and prediction of mobility The current and voltage characteristics of the p-type DPD layer are several times longer than those of GaN. The p-type layer has been successfully transformed into a new layer.