2022 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筒井 一生 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60188589) [Withdrawn]
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 |
窒化ガリウム(GaN)はパワーデバイスとして高い性能指数を持つワイドバンドギャップ半導体であり、AlGaN/GaN界面に生じる高移動度の二次元電子ガス(2DEG)を利用した高周波パワーデバイスの更なる発展が期待されている。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とともに、実効移動度の評価手法について検討した。また、2DHGの伝導特性評価のための電極構造の改善に取り組んだ。
ALEを利用したゲートスタックプロセスでMOS界面への正孔蓄積が電動に寄与する状態を確認することができた。2DHGに加えて蓄積チャネルを利用することは、電流駆動力が増大するため、2DHGのキャリア移動度の低さを補う手段として有効であると考えられる。特にエッチング工程に窒素プラズマを用いたALEによって、界面特性が大きく向上することを示す結果が得られた。加えて、チャネル寸法の異なる実効移動度を評価し、寄生要素の除去を行い、実効移動度を評価した。分極接合基板上のpチャネル素子の場合には、チャネル伝導がオフ状態でも基板構造に起因する特有の容量があることが新たに判明した。また、電極構造について、評価用の引き出し電極の堆積方法やパターニング手法によって、合金化コンタクト部分の伝導特性や保護膜の絶縁性に影響が出ることが判明し、比較的影響の少ないプロセスフローを確立できた。
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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
昨年度に有効性が見いだされた原子層エッチングプロセスによる界面特性の向上が確認できた。加えて、伝導特性を評価する上で重要な実効移動度の評価手法についても大凡確立できた。
ひずみ効果の評価については、作製プロセスにおける課題はある程度の解決を得たものの、プローブシステム上の課題が新たに発覚し、若干停滞している。
以上のことから当初の研究計画からの変更はあるものの、研究目的に対する研究成果から見れば、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 |
原子層エッチング(ALE)を用いたゲートスタックプロセスについては作製条件の改善や、その物理的起源の界面を進め、pチャネルデバイスの性能向上により有効な指針の獲得を目指す。
応力印加によるキャリア特性の評価については、応力印加膜の検討を開始する。外部からの曲げ応力印加の効果については引き続き検討するが、XRDやラマン分光などの手法によるひずみ評価を検証し、伝導特性への影響を検証する。
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| Causes of Carryover |
一度の試作に比較的時間を要するFETデバイス作製の試行回数が増加したことや、条件出しを効率的に行うためのフォトマスクを新たに導入したことなどにより、実験に使用する半導体基板の総数が抑えられ、予定より消耗品購入が少なかった。
次年度は計画段階から応力印加膜の検証により使用するサンプル数が多くなることを想定していたが、繰り越し分を半導体基板の追加購入に充て、十分な検証を行う予定である。
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