2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improving the reliability of GaN HEMTs using MMC structures and free-standing GaN substrates
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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, 学術研究院工学系部門, 教授 (20377469)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | AlGaN/GaN / HEMT / Current Collapse / Breakdown Voltage / Stability |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化ガリウム(GaN)系半導体は、超低損失パワーデバイス実現の鍵と言われている。しかしながら、GaN系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)は、 電流減少(コラプス)などの信頼性・安定性に係わる大きな問題を有している。この電流コラプスの問題を系統的に評価し、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、信頼性・安定性に優れたGaN系トランジスタ構造の実現を目的として研究を展開した。研究の主な成果を以下にまとめる．
(1)典型的なスイッチング動作下でのMMCデバイスの性能を評価・解析した。我々が新規に開発した電流コラプス評価法を用いることで、MMCデバイスは従来の平面型AlGaN/GaN HEMTに比べての規格化動的オン抵抗が低いことが実証された。
(2)絶縁ゲート構造を有するMMCデバイスのメサチャネル作製に必要な絶縁膜の一種である、窒化ケイ素(SiN)膜をスパッタリング法により、AlGaN/GaN HEMT上に堆積し、評価・解析を行なった。プロセスを最適化することにより、ドライエッチングをしたAlGaN表面上にSiN膜を堆積しても、界面準位密度の低いSiN/AlGaN 界面が得られ、同様に、しきい値電圧のヒステリシスが少ない、安定したAlGaN/GaN 金属絶縁体半導体(MIS)構造が得られた。
(3)電界発光(エレクトロルミネッセンス)特性と電流コラプス特性との間に興味深い相関関係を見出した。これはAlGaN/GaN HEMTの電流コラプスの根本的な機構を解明するのに重要であると考えられ、エレクトロルミネッセンス分析は、高電界領域の特定だけではなく、AlGaN/GaN HEMTの電流コラプスの程度を評価するための強力な分析法であることが実証された。
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