Investigation of process technology for nitride semiconductor based integrated circuits for harsh environment electronics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04579
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: OKADA Hiroshi 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30324495)
• 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): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 窒化物半導体 / 電子デバイス / 集積回路 / 過酷環境エレクトロニクス

Outline of Final Research Achievements

Nitride semiconductor electronic devices technology for harsh environment application have been investigated. We investigated the formation of insulating films on nitride semiconductors using atomic species enhanced chemical vapor deposition technique proposed by our group, and evaluated the reduction of leakage current and interface characteristics. Low leakage current of less than 10^-9 A/cm2 at an electric field of 3MV/cm could be obtained with good reproducibility by applying post-deposition annealing. It is proved that this technique is available for nitrides by demonstration of insulated gate type nitride semiconductor transistor at elevated temperature. We also investigated ohmic electrode formation and device isolation technology, and obtained knowledge for integrated circuit applications. We designed a new nitride semiconductor integrated circuit by combining our knowledge with silicon-based integrated circuit technology, and conducted a proof-of-principle experiment.

Free Research Field

半導体デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

窒化物半導体電子デバイスはパワーエレクトロニクス分野で注目され、情報機器などのACアダプタの小型化などで社会に浸透しつつある。これは窒化物半導体の優れた電気的性質を反映したものであるが、放熱機構を簡略化し、ある程度の高温動作を許容する設計になっていることも大きい。窒化物半導体の集積回路技術の検討は着手されたばかりであるが、本研究で開発した絶縁膜形成技術や設計技術は、これまでに不可能であった高温環境など実際の過酷環境にエレクトロニクスが展開につながる大きな学術的な意義がある。この成果は先に述べたようなエレクトロニクス製品の高効率電力制御など性能向上を可能とするものであり、社会的意義も大きい。