High-frequency and low power-consumption GaN monolithic complementary power integrated circuits

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14141
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: SANG Liwen 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (90598038)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 窒化物 / MOSFET / 集積回路

研究実績の概要

GaN（窒化ガリウム）のトランジスタや集積回路は、最高のシリコンMOSFETよりも大幅に高速化し、より小型になっている。これまではNチャンネル型AlGaN/GaN FETの開発が主に行われており、pチャンネル型素子が実現できれば、相補型MOS集積回路システム全体の大幅な低コスト・小型化が可能になる。本研究は、NチャネルAlGaN/GaNヘテロ構造上に、分極接合技術を利用した低抵抗InGaN/GaN ヘテロ構造Pチャネル型トランジスタと組み合わせて大きな駆動力を持ったワンチップ集積化を目指した。平成３０年度は、MOCVDによる市販AlGaN/GaN-on-Siウェハの上に、InGaN/GaN ヘテロ構造を成功に成長した。InGaN/GaNヘテロ界面の急峻性、結晶性、組成制御、歪みの影響なとの事項について検討した。また、p型の実証に成功した。MOS界面の欠陥を低減するために、表面処理技術及び新規絶縁ゲート膜（CaF2やSiNx）を開発した。二段階の表面処理法を利用して、界面欠陥は大きな減少した。CaF2やSiNx 絶縁ゲート膜を利用したMIS界面はMOS界面より、界面準位密度と捕獲電荷は１約１桁を減少した。

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

交付申請書に記載した研究実施計に従って順調に進んでいます.

今後の研究の推進方策

１）MOCVDによる、降温制御の手法を用いて、InGaN系応力制御、格子緩和度および不純物混入に与える影響を調べる。分極接合ウエハにおけるInGaN/GaNヘテロ界面の2次元正孔ガス（2DHG）の発生メカニズムを明らかにする。
２）Pチャネル型MOSFETの動作を実証する。精密ICPエッチング技術を開発し、オーミック電極およびゲート電極の設計して、nチャネルとpチャネルを組み合わせ。
３）CMOS集積回路の設計と性能測定する。主に、デバイスの信頼性を向上する。

研究成果

• [雑誌論文] High-performance visible to near-infrared photodetectors by using (Cd,Zn)Te single crystal (2019)
  • 著者名/発表者名: Ren Bing、Zhang Jijun、Liao Meiyong、Huang Jian、Sang Liwen、Koide Yasuo、Wang Linjun
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 27 ページ: 8935～8935
  • DOI: https://doi.org/10.1364/OE.27.008935
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Energy‐Efficient Metal-Insulator-Metal‐Semiconductor Field‐Effect Transistors Based on 2D Carrier Gases (2019)
  • 著者名/発表者名: Liao Meiyong、Sang Liwen、Shimaoka Takehiro、Imura Masataka、Koizumi Satoshi、Koide Yasuo
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: 1 ページ: 1800832～1800832
  • DOI: DOI: 10.1002/aelm.201800832
  • 査読あり
• [雑誌論文] MOCVD Growth and Investigation of InGaN/GaN Heterostructure Grown on AlGaN/GaN-on-Si Template (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuura Haruka、Onuma Takeyoshi、Sumiya Masatomo、Yamaguchi Tomohiro、Ren Bing、Liao Meiyong、Honda Tohru、Sang Liwen
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 9 ページ: 1746～1746
  • DOI: https://doi.org/10.3390/app9091746
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression in the electrical hysteresis by using CaF2 dielectric layer for p-GaN MIS capacitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Sang Liwen、Ren Bing、Liao Meiyong、Koide Yasuo、Sumiya Masatomo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 123 ページ: 161423～161423
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5010952
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface trap characterization of Al2O3/GaN vertical-type MOS capacitors on GaN substrate with surface treatments (2018)
  • 著者名/発表者名: Ren Bing、Sumiya Masatomo、Liao Meiyong、Koide Yasuo、Liu Xinke、Shen Yue、Sang Liwen
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 767 ページ: 600～605
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.150
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-quality SiN x /p-GaN metal-insulator-semiconductor interface with low-density trap states (2018)
  • 著者名/発表者名: Ren Bing、Liao Meiyong、Sumiya Masatomo、Su Jin、Liu Xinke、Koide Yasuo、Sang Liwen
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 52 ページ: 085105～085105
  • DOI: DOI: 10.1088/1361-6463/aaf5ba
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reducing intrinsic energy dissipation in diamond-on-diamond mechanical resonators toward one million quality factor (2018)
  • 著者名/発表者名: Wu Haihua、Sang Liwen、Li Yumeng、Teraji Tokuyuki、Li Tiefu、Imura Masataka、You Jianqiang、Koide Yasuo、Toda Masaya、Liao Meiyong
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 2 ページ: 090601
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.2.090601
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation on the trap states at p-GaN MO(I)S interface with different gate dielectric layers (2018)
  • 著者名/発表者名: Liwen sang
  • 学会等名: MRS fall meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation on the trap states at p-GaN MO(I)S interface with different gate dielectric layers (2018)
  • 著者名/発表者名: Liwen Sang
  • 学会等名: 応用物理学会
• [学会発表] Interface trap states at p-GaN MO(I)S capacitors with different gate dielectrics (2018)
  • 著者名/発表者名: Liwen Sang
  • 学会等名: IWN 2018
• [学会・シンポジウム開催] MRS 2018 fall meeting (2018)
• [学会・シンポジウム開催] IWN 2018 (2018)