| 研究課題/領域番号 |
21K04138
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
瀬奈 ハディ 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 研究員 (40784674)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 窒化ガリウム(GaN) / GaN HEMT / m-plane GaN device / light hole / 2D hole gas (2DHG) / m-plane GaN / m-plane AlGaN |
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| 研究開始時の研究の概要 |
第五世代移動体通信システム(5G)実用化に向けて、高出力・高効率に優れるGaN HEMTの採用が広まってきている。
HEMTはnチャネルデバイスであるが、相補型HEMTを実現するにはpチャネル高速トランジスタの開発が必須である。しかし、pチャネルトのキャリアーである2次元ホールガス(2DHG)の移動度が低く本研究では高い移動度を有する2DHGデバイスを実現するためにはAlGaN/GaNのm軸方向成長を試みる。m軸方向成長ではAlGaN上に成長したGaNのc軸に圧縮ひずみがかかり、ホールの有効質量が軽くなるので移動度の高い2DHGが期待されることは本研究のコンセプトである。
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| 研究実績の概要 |
本研究では第五世代移動体通信システム(5G)実用化に向けて、高出力・高効率に優れるGaN HEMTの開発を試みた。そのため、m軸方向成長が必要であるが、c軸方向成長と違って確立された手法ではない。m軸方向成長ではc軸とa軸方向における異方性によりアドアトムの移動度に差が生じる。そのため、まずはV/III比や成長温度・圧力といったファクターを決定する必要があった。(m面基板は助成金で購入した) c軸に圧縮ひずみをかけ2DHGの有効質量を軽くすることは本研究の最大の目的でもあるが、AlGaNのAl組成がひずみの量を決定した。ここで、Al 組成によるひずみ量と2DHG有効質量の相関を調査するとともにシミュレーション結果との違いについても検証した。一方、GaN基板上で直接AlGaN/GaNをエピタキシャル成長させるとAlGaN層は GaN基板から引っ張りひずみを受け、クラックが発生した。クラック抑制にはAlGaN/GaNの超格子構造のバッファ層を形成した。クラックを確実に抑制するためにはまず6層のAlGaN/GaN超格子を交互にバッファ層として成長させた。サセプター温 度を650°Cから750°Cの間で最適条件を探索した。その後、温度を1100°Cに上昇しAlGaN膜とGaN膜をそれぞれ100nmと10nmを形成した。AlGaNはMgによりp型ドープした。形成した膜の状態を微分干渉顕微鏡、白色光干渉顕微鏡や原子間力顕微鏡により観察し、表面トポグラフィー や表面粗さを評価した。この構造をデザインしたことで顕微鏡像ではヒロックやクラックが発生しないことが確認できた。また、この構造でデバイスを作製し、電気特性も測定した。ホール測定の結果、予想と反してp型ではなくn型半導体素子になっていることがわかった。これはMOVPE中に意図しない不純物が導入され、ドナー準位を形成したためと考えられる。
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