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2016 年度 実施状況報告書

自立GaN基板・MMC構造を利用したGaN HEMTの信頼性向上へのアプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 15K06013
研究機関福井大学

研究代表者

ASUBAR JOEL  福井大学, テニュアトラック推進本部, 講師 (10574220)

研究分担者 葛原 正明  福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20377469)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードAlGaN-GaN / 窒化物半導体 / 電流コラプス / MIS
研究実績の概要

窒化物半導体ヘテロ界面を利用したAlGaN/GaN高電子移動トランジスタ(HEMT)の電流減少(コラプス)を系統的に評価し、新しく提案する多重台形チャネル(MMC)構造の適用と評価を通して、安定性・信頼性に優れた窒化物半導体トランジスタ構造技術の構築を目的として研究を展開した。本年度の主な成果を以下にまとめる.
(1) リセス+絶縁ゲート構造を有するAlGaN/GaN HEMTにおいて絶縁膜堆積後に電気的+熱的処理を行なったところ、しきい値電圧が正方向にシフトすることが明らかになった。このプロセスにより絶縁膜界面特性が向上し、絶縁ゲート構造を有するMMCデバイスのノーマリーオフ化に有望であることがわかった。
(2) 絶縁ゲート構造を有するMMCデバイスのメサチャネル作製に必要なドライエッチングプロセス条件の絶縁膜/AlGaN界面特性に与える影響について初期的な評価を行なった。パワーを最適化することにより、比較的良好な絶縁膜/AlGaN界面特性が得られることが明らかになった。
(3) AlGaN/GaN HEMTにおける破壊電界の基板(Sapphire、SiC、GaN)依存性について評価を行なった。今年度の研究結果としてはSiC基板上のAlGaN/GaN HEMTが最も絶縁破壊電界が高く、基板の熱伝導率が絶縁破壊電界に関係していることが明らかになった。
(4) MMCデバイスとプレーナーデバイスの伝達特性を評価・比較することにより、MMCデバイスが高い線形性を有することを実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

MMCデバイスの高い線形性を実証した。また、より良好なメサチャネル作製に必要なエッチング条件を明らかにし、電気的+熱的処理による、しきい値電圧の正方向シフトを実現することに成功した。研究成果の公表として、査読付き学術誌6編(うち招待論文2)、国内外の学会8(うち招待講演2件)の研究成果の公表があり、順調に研究が進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

平成29年度は研究期間の最終年度となるため、デバイスの最適化と性能評価を進める。具体的には前年度までに得られたプロセス条件を基盤とし、しきい値電圧と電流コラプスの制御に結び付ける。またパルス測定によるデバイス中のトラップレベルの評価、デバイスシミュレータによるポテンシャル分布の解析を行ない、デバイスの安定性、制御性の向上に取り組む。

次年度使用額が生じた理由

AlGaN/GaN基板代として計上していた予算について、効率的に研究が進んだため購入しなかった.研究の進展にあわせて効果的に使用することが望ましいと判断し、次年度使用額が生じた.

次年度使用額の使用計画

研究の進展あわせて必要となったデバイスシミュレーターとハロゲン光源装置の購入に充てる計画である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] AlGaN/GaN MIS-HEMTs with high on/off current ratio of over 5 × 1010 achieved by ozone pretreatment and using ozone oxidant for Al2O3 gate insulator2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tokuda, J. T. Asubar, and M. Kuzuhara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 120305-1-4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.55.120305

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 38.Highly-stable and low-state-density Al2O3-GaN interfaces using epitaxial n-GaN layers grown on free-standing GaN substrates2016

    • 著者名/発表者名
      S. Kaneki, J. Ohira, S. Toiya, Z. Yatabe, J. T. Asubar, and T. Hashizume
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 109 ページ: 162104-1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4965296

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Z. Yatabe, J. T. Asubar, and T. Hashizume2016

    • 著者名/発表者名
      Insulated gate and surface passivation structures for GaN-based power transistors
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 49 ページ: 1-19

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/39/393001

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pushing the GaN HEMT towards its theoretical limit2016

    • 著者名/発表者名
      J. T. Asubar, J. Ng, H. Tokuda, M, Kuzuhara
    • 雑誌名

      Compound Semiconductor Magazine

      巻: 22 ページ: 26-31

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 35.AlGaN/GaN HEMT Technology for High-Voltage and Low On-Resistance Operation2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kuzuhara, J. T. Asubar, H. Tokuda
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 070101-1-12

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.55.070101

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly Reduced Current Collapse in AlGaN/GaN HEMTs by Combined Application of Oxygen Plasma Treatment and Field-plate Structures2016

    • 著者名/発表者名
      J. T. Asubar, S. Yoshida, H. Tokuda, and M. Kuzuhara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 04EG07-1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.55.04EG07

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Effects of Electronic States at Insulator/AlGaN Interfaces on Threshold Voltage Instability of Al2O3/AlGaN/GaN Structures2016

    • 著者名/発表者名
      Z. Yatabe, J. T. Asubar, Y. Nakamura, and T. Hashizume
    • 学会等名
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2016)
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-29
    • 国際学会
  • [学会発表] 24.Characterization of Insulators/(Al)GaN Interfaces for Improved Insulated Gate and Surface Passivation Structures of GaN-based Transistors2016

    • 著者名/発表者名
      Z. Yatabe, Y. Hori, W.C. Ma, J. T. Asubar, M. Akazawa, T. Sato, and T. Hashizume
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      Toki Messe, Niigata, Japan
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
    • 招待講演
  • [学会発表] Improved linearity, stability, and thermal performance of multi-mesa-channel AlGaN/GaN HEMTs2016

    • 著者名/発表者名
      J. T. Asubar, H. Tokuda, M, Kuzuhara, Z. Yatabe, K. Nishiguchi, and T. Hashizume
    • 学会等名
      34th Samahang Pisika ng Pilipinas Physics Conference
    • 発表場所
      University of the Philippines Visayas, Iloilo, Philippines
    • 年月日
      2016-08-18 – 2016-08-21
    • 招待講演
  • [学会発表] High on/off ratio AlGaN/GaN MIS-HEMTs with ALD deposited Al2O3 gate dielectric using ozone as an oxidant2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tokuda, J. T. Asubar, M. Kuzuhara
    • 学会等名
      2016 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices
    • 発表場所
      Hakodate, Japan
    • 年月日
      2016-07-04 – 2016-07-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of Drain Electrode Shape Irregularities on Breakdown Voltage of AlGaN/GaN HEMTs2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ohi, S. Makino, T. Yamazaki, H. Tokuda, J. T. Asubar, and M. Kuzuhara
    • 学会等名
      2016 Compound Semiconductor Week
    • 発表場所
      Toyama International Conference Center, Toyama, Japan
    • 年月日
      2016-06-26 – 2016-06-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Breakdown Voltages of AlGaN/GaN HEMTs Breakdown degradation of AlGaN/GaN HEMTs with multi-finger gate patterns2016

    • 著者名/発表者名
      S. Makino, S. Ohi, J. T. Asubar, H. Tokuda, and M. Kuzuhara
    • 学会等名
      2016 International Meeting for Future of Electron Devices Kansai (IMFEDK 2016)
    • 発表場所
      Ryukoku University Avanti Kyoto Hall, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-06-23 – 2016-06-24
    • 国際学会
  • [学会発表] AlGaN/GaN HEMTs on Free-standing GaN Substrates with Breakdown Voltage of 5 kV and Effective Lateral Critical Field of 1 MV/cm2016

    • 著者名/発表者名
      J. H. Ng, J. T. Asubar, H. Tokuda, and M. Kuzuhara
    • 学会等名
      2016 International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology (CS Mantech 2016)
    • 発表場所
      Miami, Florida, USA
    • 年月日
      2016-06-16 – 2016-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Metal Electrode Shape Irregularities on AlGaN/GaN HEMTs Breakdown Voltage Revealed by Electroluminescence2016

    • 著者名/発表者名
      S. Makino, T. Yamazaki, S. Ohi, H. Tokuda, J. T. Asubar, and M. Kuzuhara
    • 学会等名
      40th Workshop on Compound Semiconductor Devices and Integrated Circuits (WOCSDICE) 2016
    • 発表場所
      Aveiro, Portugal
    • 年月日
      2016-06-06 – 2016-06-10
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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