2019 Fiscal Year Annual Research Report
Reduction in current collapse and enhancement of breakdown voltage in GaN-based HEMTs
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16K06314
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
堀尾 和重 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (10165590)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / HEMT / 耐圧 / フィールドプレート / バッファ層 / ２次元解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Feドープ半絶縁性バッファ層を対象とし，伝導帯下端から0.5 eV程度の位置に深いアクセプタを有するフィールドプレート構造AlGaN/GaN HEMTのオフ耐圧特性を計算した。特に，耐圧のフィールドプレート下SiN膜厚依存性やバッファ層内の深いアクセプタ濃度依存性を調べた。その結果，SiN膜厚が0.03 um以下と非常に薄くなると耐圧が非常に低くなることがわかった。これは，フィールドプレートがゲート電極と同じ働きをするようになり，フィールドプレート端の電界が非常に高くなるためと解釈された。一方，SiN膜厚を0.3から0.5 umと厚くすると，耐圧の低下が見られたが，これはフィールドプレートの効果が小さくなり，ゲート端の電界が高いままになるためと解釈された。従って，高い耐圧を得るにはSiN膜厚にある最適値（0.1-0.2 um）があると結論された。一方，耐圧のバッファ層内アクセプタ濃度依存性については，その濃度が高いほど耐圧が向上するとの結果が得られた。これは，アクセプタ濃度が高いほどバッファ層リーク電流が低減されるためと解釈された。
このほか，SiN膜と高誘電率膜（high-k膜）からなる２重パシベーション膜を有するAlGaN/GaN HEMTの耐圧特性について，そのSiN膜厚及びhigh-k膜厚依存性について検討した。その結果，SiN膜厚が薄い（0.01-0.02 um）とhigh-k膜厚をある程度厚くすると（0.1 um），high-k膜厚導入による耐圧の向上が顕著に現れた。しかしながら，SiN膜厚を厚くすると（0.1 um）high-k膜を厚くしても（0.1-0.5 um）耐圧の向上はかなり制限されるものとなった。従ってこの構造については，SiN膜厚にかなりの注意を払うべきとの結論を得た。
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