Low-energy fabrication process of trench structure to Gallium Nitride utilizing Photo-Electrochemical reaction and application to vertical transistor
| Project/Area Number |
20J14520
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
渡久地 政周 北海道大学, 情報科学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 光電気化学 / 窒化物半導体 / エッチング / 低損傷 / 光電気化学反応 / 低損傷エッチング / ダメージの定量評価 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、光電気化学反応を利用したエッチング技術による窒化物半導体トレンチ構造の作製に関する研究である。窒化物半導体は、優れた電気的・光学的特性を有しており、トレンチ構造を利用したトランジスタは、耐圧・省電力性において非常に優れた特性を示す。しかし、現在、デバイス作製に用いられている加工技術である「ドライエッチング」は、同構造作製の際、基板へ結晶欠陥や損傷を導入するため、デバイスの性能や信頼性を下げるといった課題を抱えている。これに対して、本研究では、高制御性・低損傷性・安価な実験系といった特徴を有する光電気化学反応に着目し、同反応を利用したトレンチ構造作製手法の確立により課題の解決を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は「光電気化学（PEC）反応を利用した窒化ガリウム（GaN）の低損傷トレンチ加工と縦型トランジスタ応用」という研究目的達成のため、昨年度に引き続き、主に以下の2点に着目して活動へ取り組んだ。
1 PECエッチングのデバイスプロセス適合性の向上
PECエッチングのデバイスプロセス適合性向上のため、基板上へ陰極を作製し、光励起により発生した電子を溶液中へ回収させる機構を作成することで、PECエッチングのコンタクトレス化（Contactless PEC: CL-PEC）を達成した。これにより、装置の大幅な簡略化が可能となった。また、これまで使用されなかったリン酸をベースとしたエッチング液を開発することで、マスクとしてポジ型のフォトレジストマスクの使用を可能とし、さらなる適合性向上を実現した。こうして開発した系は、デバイスプロセスへ直接適用できる高い適合性と低損傷かつ高制御性を含んだ高品質なエッチング特性を両立しており、研究目的の達成へ向けて前進した。
2 ヘテロ界面において発生する特異的現象を利用した高品質なエッチング技術の開発
窒化物半導体であるAlGaNとGaNのヘテロ接合基板に対して、CL-PECエッチングを行った際に発生する「自己停止現象」を利用したエッチング技術の開発を行った。その結果、AlGaN/GaNのヘテロ界面においてAlGaNの膜厚を数nmレベルで制御できるエッチング技術を開発した。この技術を用いて作製されたリセスゲート型AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ（HEMTs）は、未加工面をゲートとしたプレーナーHEMTsと比較して、閾値電圧の均一性向上（標準偏差σ=69.2 mV → 5.46 mV）をはじめとした各種電気的特性の改善が見られた。
以上の結果に関して、民間企業との共同研究を通じた特許化・製品化や、学術雑誌への掲載、国際学会での招待講演等が行われた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
