Highly Stable Normally-off GaN-based transistors via Structures and Process

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04528
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: Asubar Joel 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10574220)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 葛原 正明 関西学院大学, 理工学部, 教授 (20377469)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Gallium nitride / normally-off operation / power device / semiconductor / AlGaN/GaN HEMT / MIS / Insulated Gate

Outline of Final Research Achievements

Using dry etching recipe and AlGaN regrowth technology originally developed by our group, we have achieved high performance normally-off operation in our GaN-based metal-insulator-semiconductor high-electron-mobility transistors (MIS-HEMTs).It was also found that the developed process is applicable not only to conventional Al2O3 insulator/AlGaN interfaces but also can be extended to Al(Ga)N/hi-K insulator systems. Furthermore, the fabricated insulator/regrown-AlGaN/GaN MIS capacitors revealed relatively low interface state density, leading to low hysteresis and highly stable operation. We have therefore succeeded in realizing low hysteresis, high performance normally-off GaN-based MIS-HEMTs using AlGaN layer regrown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD).

Free Research Field

電子デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

AlGaN / GaN HEMTは、負のしきい値電圧を持つノーマリーオンデバイスである。これは、ゲート制御電圧が印加されていない場合でも、電流が流れてしまうことを意味する。回路が故障した際の安全を保証するために、正の高いVTHを持つノーマリーオフデバイスが望まれる。しかし、GaNベースのデバイス構造を使用して、高いVTH、大電流、および高安定性を同時に達成することは困難である。この研究の結果として、高いVTH、高最大ドレイン電流、および低ヒステリシスGaNベースのデバイスを実証した。