Study on N-polar GaN MIS-HEMTs for power devices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02165
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suemitsu Tetsuya 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任教授 (90447186)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 窒化物半導体 / HEMT / 窒素極性

Outline of Final Research Achievements

The goal of the research is to demonstrate the advantage of N-polar GaN crystals over Ga-polar GaN counterparts in the field of power devices.
In order to design the device structures, modeling the effect of polarization charges on the band profile of devices is indispensable. To explain the difference of the Schottky barrier height between N-polar and Ga-polar GaN, a new model to assume the polarization surface charges to be distributed in a several-angstrom-width region on surface. The experimentally observed difference in the barrier height is able to be explained if this width of the polarization-charged area is 5 angstroms.

Free Research Field

半導体デバイス工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

窒素極性窒化物半導体は作製が難しく、報告例が少ないため、基本的な材料パラメータに関する情報も少ない。ショットキー障壁高さもその一つである。今回提案したモデルにより、GaN以外の材料でも一般的なGa極性結晶での障壁高さが分かっていれば、窒素極性でどれくらいになるのか、その材料の分極電荷密度と誘電率から推測することが可能となり、窒素極性材料を用いたパワーデバイス等のバンドエンジニアリングの際の一助となる。