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Study on the fabrication of Vertical FETs using GaN-Based Singular Nanostructures and Their Novel Characterization Method

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Science and Advanced Elecronics created by singularity
Project/Area Number 19H04528
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

本久 順一  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60212263)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords半導体ナノワイヤ / 縦型トランジスタ / 電気化学プロセス / 選択成長 / 微細加工
Outline of Research at the Start

窒化ガリウム(GaN)系トランジスタはパワーエレクトロニクス素子およびRFパワー素子としての応用が期待されているが、近年、高性能化の方向として微細構造を利用した多重ゲート構造が検討されている。本研究は微細な細線状の特異構造であるGaNナノワイヤを利用した縦型多重ゲートトランジスタの作製を行う。また、その実現に必要となる個々の特異構造の電気的特性を評価する技術を確立させることによって、特異構造を利用した素子の性能向上を阻害する問題点を明らかにし、その解決を目指すことによって、特異構造による新規エレクトロニクスへの展開の道を開拓する。

Outline of Annual Research Achievements

(1) 前年度実施したコンタクトレス光支援電気化学エッチング(PEC)およびアルカリ溶液処理によるGaNナノワイヤの形成法についてさらなる検討を行った。PECエッチング時間に対するエッチング深さの変化を評価したところ、エッチング時間が増えると、エッチング時間とエッチング深さの関係に線形性が失なわれるとともに、表面平坦性が劣化することが明らかとなった。さらに、その後のアルカリ溶液処理によりGaNナノワイヤの微細化および側面ラフネスの除去は可能であるが、現在の処理条件では長時間のPECエッチングよって発生したエッチング表面の非平坦性は改善しないという結果が得られた。
(2) 古典的1次元ナノワイヤMOSFETのモデルおよび1次元の弾道的輸送モデルにもとづき、InAsおよびGaNナノワイヤトランジスタの性能予測を行った。ナノワイヤ一周の寸法により規格化したオフ電流の密度が一定という条件のもとナノワイヤ寸法によるトランジスタの特性を比較したところ、いずれのモデルにおいても、オン電流密度がナノワイヤ直径の微細化ともに増大するという結果が得られた。これにより、ナノワイヤのような微細構造を有するトランジスタであっても、ナノワイヤ寸法を適切に制御し、またナノワイヤ密度を十分高くすることができれば(例えばナノワイヤの占有面積25%以上)ならば、大電流を制御する上では通常の縦型トランジスタよりも優位となる可能性のあること、よって、ナノワイヤの特徴である短チャネル効果耐性も考慮し、ナノワイヤ縦型トランジスタがパワーエレクトロニクス応用にも十分耐えられる可能性を示した。
(3) RF支援分子線エピタキシャル(RF-MBE)法を用いた選択成長法によるGaNナノワイヤの形成を確認した。高さ約0.3 μm、断面寸法120 nmのGaNナノワイヤアレイを得ることができた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2021 2020 2019

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Book (2 results)

  • [Presentation] Photo-assisted electrochemical etching of GaN for nanostructure fabrication2021

    • Author(s)
      Michihito Shimauchi, Kazuki Miwa, Masachika Toguchi, Taketomo Sato, Junichi Motohisa
    • Organizer
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT-8)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気めっき法によるGaNへのPt電極の形成と電気特性評価2020

    • Author(s)
      小原康、島内道人、佐藤威友、本久順一
    • Organizer
      第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] コンタクトレス光電気化学エッチング及びウェットエッチングによる 窒化ガリウムナノワイヤの作製2019

    • Author(s)
      島内道人、三輪和希、渡久地政周、佐藤威友、本久順一
    • Organizer
      2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of GaN nanowires by wet etching using electrodeless photo-assisted electrochemical etching and alkaline solution treatment2019

    • Author(s)
      Ml. Shimauchi, K. Miwa, M. Toguchi, T. Sato, and J. Motohisa
    • Organizer
      電子材料シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of GaN nanowires by wet etching using electrodeless photo-assisted electrochemical etching and alkaline solution treatment2019

    • Author(s)
      Ml. Shimauchi, K. Miwa, M. Toguchi, T. Sato, and J. Motohisa
    • Organizer
      32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of GaN nanowires by wet processes using electrodeless photo-assisted electrochemical etching and alkaline solution treatment2019

    • Author(s)
      Ml. Shimauchi, K. Miwa, M. Toguchi, T. Sato, and J. Motohisa
    • Organizer
      The 9-th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Nanowire Field-Effect Transistors (in Fundamental Properties of Semiconductor Nanowires)2021

    • Author(s)
      Junichi Motohisa and Shinjiro Hara
    • Total Pages
      60
    • Publisher
      Springer Nature Singapore Pte Ltd
    • ISBN
      9789811590498
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] Junichi Motohisa and Shinjirho Hara2020

    • Author(s)
      Junichi Motohisa and Shinjirho Hara
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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