2021 Fiscal Year Annual Research Report
窒素極性GaN系MIS-HEMTのパワーデバイス応用に向けた研究
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19H02165
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
末光 哲也 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任教授 (90447186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 特任教授 (80149898)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / HEMT / 窒素極性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒素極性窒化ガリウム（GaN）結晶を用いた高電子移動度トランジスタ（HEMT）に注目し、次世代パワーデバイスへの応用に視点を向け、窒素極性の分極を生かしたノーマリーオフ型動作のHEMTや低オン抵抗のショットキーダイオード等への応用を通して、既存のGa極性結晶を用いたデバイスに対する優位性を明らかにすることを目指している。
こうしたデバイス構造の設計のためには、分極電荷がバンドプロファイルに与える影響を正しくモデル化する必要がある。特に、窒素極性とGa極性でGaNの障壁高さに違いが現れることを説明するモデルが無かったため、表面分極電荷が表面から数オングストロームの深さに広がって存在するとした新たなモデルを提案し、実験で得られた両極性間の障壁高さの違いを説明することを可能にした。更に、残留不純物密度が異なる窒素極性GaN結晶でショットキー電極を形成して障壁高さを評価した。その結果では、障壁高さは残留不純物密度に影響されるものの、Ga極性GaNとの障壁高さの差を比較するとその変動範囲は小さく、本課題にて提唱した分極電荷モデルで説明可能な範囲であった。
窒素極性HEMTのゲート電極に必須となるMIS構造の評価では、窒素極性GaN結晶に原子層堆積法（ALD）によってAl2O3薄膜を形成したMISキャパシタを作製し、容量特性の評価を行った。その結果、順方向電圧ではAl2O3薄膜単独での容量に一致し、逆方向電圧ではAl2O3とGaN空乏層の合成容量に一致する、合理的なMIS構造特性を確認した。
最後に、本課題で提案した分極電荷モデルをヘテロ界面に適用し、ヘテロ界面での伝導帯エネルギー差やヘテロ構造のバンドプロファイルに与える影響を考察した。
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| Research Progress Status |
令和3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 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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