2018 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, 科学技術創成研究院, 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, エレクトロニクス・製造領域, ラボ長 (10357212)
星井 拓也 東京工業大学, 工学院, 助教 (20611049)
角嶋 邦之 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50401568)
中島 昭 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60450657) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 選択成長 / GaNデバイス / 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は二次元電子ガス（2DEG）をチャネルとするHEMT（high electron mobility transistor）が唯一実用段階であるが、オン抵抗やオフリーク電流にまだ課題が多い。これを克服するデバイスとして、GaNの選択成長法により立体チャネルであるFin構造を直接形成するFinFET（Fin field effect transistor）を提案し、その可能性を実証することを目的とした。
Fin構造の形成では、前年度までの断面形状を制御したGaNの選択成長技術を活用し、トランジスタ動作を可能にするFin構造の幅の縮小と、ウェットエッチング法を組み合わせたFin断面形状の矩形への成形と側壁面の平坦化処理を実現した。そして、成長層へのn形ドーピングも実施し、濃度の制御を行った。これらの成果を組み合わせて、実際にFinFETを製作した。この際、Fin幅が充分に縮小できなかったところについては、エッチングで構造を分割して峡幅を実現する方法も導入した。その結果、選択成長法を用いたGaN FinFETのトランジスタ動作を初めて実現した。
このトランジスタでは、動作の実証には成功したが、ソース・ドレイン間のリーク電流が多いという問題もあった。これについては、選択成長の成長窓部分の基板側のGaN内のある程度の深さ領域でのキャリア濃度が加工前の濃度より顕著に高まっていることが明らかになり、これがリークの原因と特定された。選択成長窓のエッチング加工時のダメージ、あるいは選択成長時の不純物偏析が原因と考えられ、原因解明と対策が残された課題となった。
また、試作実験と並行して、シミュレーションによるデバイス特性の予測と設計への指針も得られ、構造を最適化すれば従来型のHEMTより顕著に優れた特性が得られる可能性を示した。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Electrical properties of selectively grown GaN channel for FinFETs2018
Author(s)
Takuya Hamada, Hayato Mukai, Tokio Takahashi, Toshihide Ide, Mitsuaki Shimizu, Hiroki Kuroiwa, Takuya Hoshii, Kuniyuki Kakushima, Hitoshi Wakabayashi, Hiroshi Iwai, and Kazuo Tsutsui
Organizer
Int. Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2018)
Int'l Joint Research
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