GaN Transistors with Three-dimensional Channel Fabricated by Using Selective Area Growth

• Project/Area Number: 15H03972
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Tsutsui Kazuo 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60188589)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 三聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, ラボ長 (10357212) ; 星井 拓也 東京工業大学, 工学院, 助教 (20611049) ; 角嶋 邦之 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50401568) ; 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)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000); Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 選択成長 / 立体チャネル / パワーデバイス / 窒化ガリウムGaN / トランジスタ / GaNデバイス / FinFET / GaN / 電子デバイス / 電気・電子材料 / 結晶成長

Outline of Final Research Achievements

For an application to gallium nitride (GaN) power devices, FinFETs (Fin field effect transistors) having a three-dimensional channel structure, which are expected to exhibit low-loss characteristics superior to conventional high electron mobility transistors (HEMTs), fabricated by using selective area growth technique were invested. Device structures to obtain higher performance were also studied using device simulations. The experiments revealed suppressions of threading dislocations into the Fin structure channels fabricated by the selective are growth, and transistor operations were demonstrated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

GaNによるFinFETの研究はこれまで限定的に行われてきていたが、Fin構造を選択成長法で形成する提案は新規である。GaNのデバイス技術では結晶欠陥の制御が常に課題であるが、本提案は高性能デバイス実現に大きく貢献できる。また、パワーデバイス応用の観点で低損失特性をどこまで追求できるかの基礎的知見も明らかにできた。これらを通して、更なるGaNパワーデバイスの高性能化への一つの道筋が明らかになれば、社会の省エネルギー化に大きく貢献するデバイス技術になる。

Research Products

• [Presentation] FinFET応用に向けた選択成長GaNチャネルの電気特性 (2019)
  • Author(s): 濱田 拓也、向井 勇人、高橋 言緒、井手 利英、清水 三聡、星井 拓也、角嶋 邦之、若林 整、岩井 洋、筒井 一生
  • Organizer: 第66回応用物理学会春期学術講演会
• [Presentation] Electrical properties of selectively grown GaN channel for FinFETs (2018)
  • Author(s): Takuya Hamada, Hayato Mukai, Tokio Takahashi, Toshihide Ide, Mitsuaki Shimizu, Hiroki Kuroiwa, Takuya Hoshii, Kuniyuki Kakushima, Hitoshi Wakabayashi, Hiroshi Iwai, and Kazuo Tsutsui
  • Organizer: Int. Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FinFET応用に向けた選択成長GaNチャネルの電気特性 (2018)
  • Author(s): 濱田拓也, 向井勇人, 高橋言緒, 井手利英, 清水三聡, 星井拓也, 角嶋邦之, 若林整, 岩井洋, 筒井一生
  • Organizer: 第82回半導体・集積回路シンポジウム
• [Presentation] 立体チャネルトランジスタ応用に向けた選択成長GaNの異方性エッチング (2018)
  • Author(s): 向井 勇人、濱田 拓也、高橋 言緒、井出 利英、清水 三聡、星井 拓也、角嶋 邦之、若林 整、岩井 洋、筒井 一生
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 立体チャネルトランジスタ応用に向けた選択成長GaNの貫通転位の低減 (2018)
  • Author(s): 濱田 拓也、黒岩 宏紀、高橋 言緒、井手 利英、清水 三聡、星井 拓也、角嶋 邦之、若林 整、岩井 洋、筒井 一生
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 立体チャネルトランジスタ応用に向けた選択成長GaNの形状制御 (2017)
  • Author(s): 黒岩 宏紀、濱田 拓也、高橋 言緒、井出 利英、清水 三聡、星井 拓也、角嶋 邦之、若林 整、岩井 洋、筒井 一生
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 立体チャネルトランジスタ応用に向けたGaN選択成長の検討 (2016)
  • Author(s): 黒岩 宏紀、武井 優典、高橋 言緒、井手 利英、清水 三聡、筒井 一生、角嶋 邦之、若林 整、岩井 洋
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Remarks] 東京工業大学 筒井研究室ホームページ
  • URL: http://www.tsutsui.ep.titech.ac.jp
• [Remarks] 東京工業大学 未来産業技術研究所ホームページ
  • URL: http://www.first.iir.titech.ac.jp/member/core2.html#tsutsui
• [Remarks] 東京工業大学 筒井研究室
  • URL: http://www.tsutsui.ep.titech.ac.jp