2015 Fiscal Year Research-status Report
自立GaN基板・MMC構造を利用したGaN HEMTの信頼性向上へのアプローチ
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15K06013
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
ASUBAR JOEL 福井大学, テニュアトラック推進本部, 講師 (10574220)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛原 正明 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20377469)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / GaN / AlGaN/GaN / パワーデバイス / 電流コラプス / 自己発熱 / 多重台形チャネル / 酸素プラズマ処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物半導体ヘテロ界面を利用したAlGaN/GaN高電子移動トランジスタ(HEMT)の電流減少（コラプス）を系統的に評価し、新しく提案する多重台形チャネル(MMC)構造の適用と評価を通して、安定性・信頼性に優れた窒化物半導体トランジスタ構造技術の構築を目的として研究を展開した。本年度の主な成果を以下にまとめる．
(1) 従来手法よりも電流コラプスを低減させることを目指し、MMCと組み合わせて使用することができる、高圧水蒸気 (HPWVA: High Pressure Water Vapor Annealing) 処理、O2プラズマ処理をAlGaN表面に対して行い、それらのAlGaN/GaN HEMTを作製した。パルス測定などによる解析結果からHPWVA処理は動的オン抵抗の増加を抑制し、電流コラプスの改善に有効であることが明らかになった。HPWVA処理は、比較的簡便なプロセスで、低ダメージ・低温プロセスであるため、AlGaN/GaN HEMTの性能を改善するのに有望な手段の1つであると言える。次にO2プラズマ処理の効果について評価を行なった。O2プラズマ処理を行った試料は、O2プラズマを行なわなかった試料と比べ、より安定した動的な動作を示した。O2 プラズマ処理もHPWVAと同様に電流コラプスの低減に効果的であることが明らかになった。さらなる動作の安定性を得るために、O2プラズマ処理とフィールドプレート構造を組み合わせた試料も作製した。このデバイスは、さらに安定した動的な動作が実現された。
(2) AlGaN/GaN HEMTにおける自己発熱効果の基板（Sapphire、SiC、GaN）依存性について初期的な評価を行なった。今年度の研究結果としてはSiC基板上のAlGaN/GaN HEMTが、最も自己発熱効果を抑制することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来のAlGaN/GaN HEMTよりも安定した動作を実現し、また、電流コラプスの低減に成功した。大電流・高出力動作を達成するためには、広いゲート幅を有するAlGaN/GaN MMC HEMTが必要不可欠であるが、このデバイスの電気特性の評価も展開した。また、査読付きの学術誌2編、国際の学会5件の研究成果の公表があり、初年度として順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度(平成28年度)は主として以下の3点について研究を行なう。
(1) オフ状態のAlGaN/GaN HEMTに高ドレイン電圧を印加すると、ゲート・ドレイン電極間での電界発光が報告されている。発光色と電流コラプスには相関があり、電流コラプスの発生メカニズムの詳細を明らかにするために、AlGaN/GaN MMC HEMTにおいて、この相関を明らかにする。
(2) AlGaN/GaN MMC HEMTにおける自己発熱の空間的な分布を評価するために、赤外線サーモグラフィーによる測定を行う。
(3) 大電流・高出力動作を実現するには、広いゲート幅を有するAlGaN/GaN MMC HEMTが必要不可欠である。しかしながら、現時点では広いゲート幅を有するAlGaN/GaN MMC HEMTは予想より電流密度が低い。この原因を電気特性、シミュレーションから明らかにする。また金メッキを電極に用いることで、電流密度の向上を試みる。
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| Causes of Carryover |
電気化学処理のためのポテンショスタット代、朝日分光社製の光源代として予算を計上していたが、HPWPA、O2プラズマ処理、SiC基板を用いたAlGaN/GaN HEMTなど予想以上に実験が進み、研究の進展にあわせて効果的に使用することが望ましいと判断し、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
朝日分光社製の光源と、今後、多数必要になると思われるAlGaN/HEMT基板の購入に充てる。
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Research Products
(7 results)
