2015 Fiscal Year Annual Research Report
選択成長法を用いたGaN系立体チャネル型トランジスタの研究
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15H03972
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
筒井 一生 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (60188589)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 三聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 先進パワーエレクト ロニクス研究センター, 研究チーム長 (10357212)
角嶋 邦之 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 准教授 (50401568)
中島 昭 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 先進パワーエレクトロニクス研究センター, 主任研究員 (60450657)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | GaNデバイス / 選択成長 / 立体チャネル / FinFET / パワーデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
GaN系のパワーデバイスにおいて、従来の光電子移動度トランジスタ（HEMT）に対して種々の特性上のメリットが期待できる立体チャネル型トランジスタ(FinFET）を、GaNの選択成長法を用いて実現することを目指して研究を進めている。
サファイア基板上にGaNをエピ成長させた基板をもとに、SiN膜を堆積し、そこに電子ビームリソグラフィでストライプ状の選択成長マスク構造を形成した。このとき、基板面内でストライプの方向を90°ことなる2方向を並べて形成した。続いて、このマスク基板をMOCVD成長装置に移し、GaNを再成長させた。成長前の基板の化学前処理、再成長時のin situでの加熱処理を最適化することにより、マスク開口部のみに良好なGaNの選択成長を実現することができた。
選択成長したGaNの断面形状を走査電子顕微鏡で観察し、側壁に現れたファセット面の傾き角度から、 (1 1 -2 0)面に対し平行になストライプパターン上では (1 1 -2 2)面が現れ、垂直に配置したパターン上では(1 1 -0 1)面が現れていることがわかった。FinFETへの応用では側壁の形状制御が重要であり、ストライプの方向の選択も重要であることがわかった。
GaNの成長条件による側壁の形状制御への第一段階として、成長時間、アンモニアガス流量、成長圧力、成長温度の変化に対する選択成長状態の違いを調べた。成長圧力と横方向成長速度に明確な依存性が見られたほか、アンモニアガス流量は成長表面の荒れ状態に影響を与えるため、圧力、温度との関係で最適化する必要があることもわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
選択成長は順調に成果を得ることができたが、並行して実施する予定であったデバイスのシミュレーションによる検討がまだ準備段階で、具体的な成果はこれからの状況である。実験による選択成長の検討に予想より多くの時間を要したのが一つの理由であるが、シミュレーションの方も研究推進の体制は整っているので、今後、進展は充分図れる見通しである。
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| Strategy for Future Research Activity |
選択成長部の形状制御を側壁をできるだけ垂直に立てる方向で検討を進める。MOCVDの成長条件の選択が基本デあるあるが、基板の面方位を変更することも合わせて検討する。また、合わせて、欠陥低減効果を断面透過電子顕微鏡観察で直接調べる。形状と合わせて欠陥低減効果も見ながら、総合的にGaNの成長条件、パターンの方位、さらには基板面方位の違いによる比較と最適な構造・条件の選択に向けて基礎データを収集する。
立体チャネル型のトランジスタの製作も並行して始める。デバイス試作のプロセス要素については、エピ基板のエッチングで理想的なFin形状を製作し、プロセス条件を先に確定することを計画している。このデバイスプロセスを、適宜、形状制御が進んだ選択成長Fin構造に適用してゆく。
デバイスシミュレーションにより、チャネルの伝導型（二次元電子ガスチャネルか、バルク伝導形チャネル）ごとの立体チャネル化による特性上のメリットを明らかにしてゆく。
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