2021 Fiscal Year Research-status Report
高移動度二次元正孔ガスpチャネルGaNトランジスタの開発
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21K04172
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
星井 拓也 東京工業大学, 工学院, 助教 (20611049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
筒井 一生 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60188589)
中島 昭 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60450657)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 電子デバイス / 半導体 / パワーデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は完全集積型GaNパワーデバイス実現に向けて重要となるpチャネルデバイスの性能向上を目指すものである。本年度はpチャネルデバイスの主要な伝導キャリアである二次元正孔ガス(2DHG)に対する外部応力印加効果の初期的な検証と、そこから派生した金属電極形成プロセスについての検証を主として行った。
外部応力印加の可能な測定系に、ホール効果測定を可能とする改造を実施した。本測定系については、～6e+12 cm^-2程度のキャリア密度を持つ2DEGの評価においては精度・再現性ともに十分なものとなっている。しかし2DHGを有するGaN基板に応力印加を印加した際には、応力印加前後での特性変化や、応力印加下での伝導特性の再現性が十分でないことが観測された。外部応力により基板内に不可逆な損傷が生じた可能性も否定はできないが、電極形成プロセスが十分に最適化されておらず応力による劣化あるいは特性変化をもたらしている可能性の方が高いと考えられ、前者の可能性の検証にも良好なコンタクト形成が必要であることから、この検証を行った。最終的な集積デバイスにおいても、本研究での検証においても、2DEGおよび2DHG双方に良好なコンタクトを形成できるプロセスを確立する必要があるため、電極堆積前の表面処理や電極堆積後の熱工程の順序や温度について実際のデバイスプロセスを念頭に比較、検証した。その結果、2DEGと2DHGで最適な電極堆積前処理が特徴的に異なっていることが判明し、2DEGと2DHGの一括アニールによるデバイスプロセス全体の熱負荷低減が実現できる可能性も示唆された。この検証の過程でも採用した原子層エッチング(ALE)についてはゲートスタックプロセスへの応用にも有効である結果が得られており、今後さらなるプロセス改善が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ひずみ効果の評価に係るサンプル作製プロセスにおける課題が明瞭になるとともに、その解決指針を得ることができた。加えて計画策定当初は予定していなかった原子層エッチングプロセスがデバイス性能向上に有効であることを示す結果が得られた。以上のことから研究計画全体としては、おおむね順調に遂行できていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
外部応力印加によるキャリア特性の変化を精度良く評価するためにより良好で安定したなコンタクト形成プロセスの確立が必要であるため、この検討を引き続き行う。2DEGと2DHGに対する電極の一括アニールに加え、半導体/金属界面に極薄金属層を導入する効果を検討予定である。
また、原子層エッチング(ALE)についてもゲートスタックプロセスへの応用の有効性などを検討する。
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| Causes of Carryover |
装置メンテナンスを次年度以降に持ち越すことになったために、支出を想定していた物品の購入がなくなり次年度使用額が生じた。
メンテナンスに伴う物品の購入予算はすでに織り込み済みなので、実験に使用する半導体基板の追加購入に充てる予定である。
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