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

2017 年度 実績報告書

• 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 / HEMT / Current Collapse / Breakdown Voltage / Stability

研究実績の概要

窒化ガリウム(GaN)系半導体は、超低損失パワーデバイス実現の鍵と言われている。しかしながら、GaN系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)は、 電流減少(コラプス)などの信頼性・安定性に係わる大きな問題を有している。この電流コラプスの問題を系統的に評価し、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、信頼性・安定性に優れたGaN系トランジスタ構造の実現を目的として研究を展開した。研究の主な成果を以下にまとめる．
(1)典型的なスイッチング動作下でのMMCデバイスの性能を評価・解析した。我々が新規に開発した電流コラプス評価法を用いることで、MMCデバイスは従来の平面型AlGaN/GaN HEMTに比べての規格化動的オン抵抗が低いことが実証された。
(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絶縁膜の一種である、窒化ケイ素(SiN)膜をスパッタリング法により、AlGaN/GaN HEMT上に堆積し、評価・解析を行なった。プロセスを最適化することにより、ドライエッチングをしたAlGaN表面上にSiN膜を堆積しても、界面準位密度の低いSiN/AlGaN 界面が得られ、同様に、しきい値電圧のヒステリシスが少ない、安定したAlGaN/GaN 金属絶縁体半導体(MIS)構造が得られた。
(3)電界発光(エレクトロルミネッセンス)特性と電流コラプス特性との間に興味深い相関関係を見出した。これはAlGaN/GaN HEMTの電流コラプスの根本的な機構を解明するのに重要であると考えられ、エレクトロルミネッセンス分析は、高電界領域の特定だけではなく、AlGaN/GaN HEMTの電流コラプスの程度を評価するための強力な分析法であることが実証された。

研究成果

• [雑誌論文] Correlation of AlGaN-GaN high-electron-mobility transistors electroluminescence characteristics with current collapse (2018)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ohi, Taisei Yamazaki, Joel T. Asubar, Hirokuni Tokuda, and Masaaki Kuzuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 ページ: 0241011-0241014
  • DOI: 10.7567/APEX.11.024101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of rounded electrode corners on breakdown characteristics of AlGaN/GaN high-electron mobility transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: Taisei Yamazaki, Joel T. Asubar, Hirokuni Tokuda, and Masaaki Kuzuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 ページ: 0541021-0541025
  • DOI: 10.7567/APEX.11.054102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical derivation of interface state density from sub-threshold swing in AlGaN-GaN metal-insulator-semiconductor high-electron mobility transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirokuni Tokuda, Joel T. Asubar, and Masaaki Kuzuhara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 ページ: 1041011-1041015
  • DOI: 10.7567/JJAP.56.104101
  • 査読あり
• [学会発表] Characterization of AlGaN/GaN recessed MIS-HEMTs using sputtered SiN as gate dielectric (2018)
  • 著者名/発表者名: Wataru Gamachi, Joel Asubar, Hirokuni Tokuda, and Masaaki Kuzuhara
  • 学会等名: 2018-nendo Shunki Dai-65-kai Ouyou Butsuri Gakku Kankei Rengou Koenkai (Japan Society of Applied Physics 65th Spring Meeting)
• [学会発表] Effective Suppression of Current Collapse in AlGaN/GaN HEMTs (2017)
  • 著者名/発表者名: Joel T. Asubar, Hirokuni Tokuda, and Masaaki Kuzuhara
  • 学会等名: 35th Samahang Pisika ng Pilipinas Physics Conference (SPP 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of Dynamic On-Resistance of Multi-Mesa-Channel AlGaN/GaN HEMTs (2017)
  • 著者名/発表者名: Joel T. Asubar, Hirokuni Tokuda, Tamotsu Hashizume, and Masaaki Kuzuhara
  • 学会等名: 6th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Substrate Thermal Resistivity on Breakdown Voltage of AlGaN/GaN HEMTs (2017)
  • 著者名/発表者名: Taisei Yamazaki, Joel T. Asubar, Hirokuni Tokuda, and Masaaki Kuzuhara
  • 学会等名: 6th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement-Mode AlGaN/GaN MOS-HEMTs with Recessed-Gate Structures Exhibiting High Threshold Voltage (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Gamachi, K. Ishii, J. T. Asubar, H. Tokuda, and M. Kuzuhara
  • 学会等名: 6th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Reverse Bias Annealing on the Properties of AlGaN/GaN MIS-HEMTs with Recessed-gate Structure (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Gamachi, K. Ishii, J. T. Asubar, H. Tokuda, and M. Kuzuhara
  • 学会等名: 2017 International Meeting for Future of Electron Devices Kansai (IMFEDK 2017)
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Joel_Asubar
• [備考]
  • URL: https://scholar.google.co.jp/citations?user=1NlRAggAAAAJ&hl=en&oi=sra