Highly Stable Normally-off GaN-based transistors via Structures and Process

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K04528
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: ASUBAR JOEL 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10574220)
• 研究分担者: 葛原 正明 関西学院大学, 理工学部, 教授 (20377469)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: Normally-off / Hi-K dielectric / AlGaN / GaN / HEMT

研究実績の概要

High-K ZrO2を用いて、安全性の高いノーマリオフ動作のAlGaN /GaN HEMT試作を作製し評価しました。 ZrO2 /AlGaNバリア/GaNチャネルデバイスは、高い正のしきい値電圧と電流を示しました。また、AlGaNバリアのAl組成がしきい値電圧に与える影響を系統的に調査し、Vthの制御におけるその役割を実証しました。
さらに、静電容量-電圧特性における堅牢なスピルオーバー現象の初めての測定から証明されるように、高品質のZrO2絶縁体/AlGaN界面を実証しました。これにより、より安定した高いドレイン電流値を達成する可能性があります。
また、AlGaN / GaN HEMTのゲート絶縁膜として、地球に優しいミストAl2O3絶縁体も適用しました。ミストAl2O3絶縁体を用いて、ノーマリオフでほとんどヒステリシスのない動作を初めて実証しました。
まだ改善の余地はありますが、最終年度には、ドレイン電流としきい値電圧の間のトレードオフを乗り越える、安全性と高性能のノーマリオフGaNベースのMIS-HEMTを実現しました。

研究成果

• [雑誌論文] Generalized Frequency Dependent Small Signal Model for High Frequency Analysis of AlGaN/GaN MOS-HEMTs (2021)
  • 著者名/発表者名: Aakash Jadhav, Takashi Ozawa, Ali Baratov, Joel T. Asubar, Masaaki Kuzuhara, Akio Wakejima, Shunpei Yamashita, Manato Deki, Yoshio Honda, Sourajeet Roy, Hiroshi Amano, Biplab Sarkar
  • 雑誌名: IEEE Journal of Electron Devices 巻: 9 ページ: 570 - 581
  • DOI: 10.1109/JEDS.2021.3081463
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stoichiometric imbalances in Mg-implanted GaN (2021)
  • 著者名/発表者名: Kai C Herbert, Kazuki Shibata, Joel T Asubar, Masaaki Kuzuhara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 60 ページ: 066504
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac0248
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 5. Electrical properties of GaN-based MIS-HEMTs with Al2O3 gate insulator deposited by ALD and mist-CVD techniques (2021)
  • 著者名/発表者名: S Urano, RS Low, M Faris, M Ishiguro, I Nagase, A Baratov, JT Asubar, T Motoyama, Y Nakamura, Z Yatabe, M Kuzuhara
  • 雑誌名: 2021 IEEE IMFEDK Tech. Dig. 巻: 2021 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1109/IMFEDK53601.2021.9637639
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of ZrO2/AlGaN/GaN MIS-HEMTs with regrown AlGaN Layer (2021)
  • 著者名/発表者名: S Maeda, I Nagase, A Baratov, S Urano, JT Asubar, A Yamamoto, M Kuzuhara
  • 雑誌名: 2021 IEEE IMFEDK Tech. Dig. 巻: 2021 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1109/IMFEDK53601.2021.9637576
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mist chemical vapor deposited-Al2O3/AlGaN interfacial characterization for GaN MIS-HEMTs (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Motoyama, Zenji Yatabe, Yusui Nakamura, Ali Baratov, Rui Shan Low, Shun Urano, Joel T Asubar, Masaaki Kuzuhara
  • 雑誌名: 2021 IEEE IMFEDK Tech. Dig. 巻: 2021 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1109/IMFEDK53601.2021.9637625
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recessed gate GaN-based MIS-HEMTs with Al2O3 gate dielectric deposited by mist-CVD method (2021)
  • 著者名/発表者名: M Ishiguro, S Urano, RS Low, M Faris, I Nagase, A Baratov, JT Asubar, T Motoyama, Y Nakamura, Z Yatabe, M Kuzuhara
  • 雑誌名: 2021 IEEE IMFEDK Tech. Dig. 巻: 2021 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1109/IMFEDK53601.2021.9637518
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 1. Modified Small Signal Circuit of AlGaN/GaN MOS-HEMTs Using Rational Functions (2021)
  • 著者名/発表者名: Aakash Jadhav, Takashi Ozawa, Ali Baratov, Joel T Asubar, Masaaki Kuzuhara, Akio Wakejima, Shunpei Yamashita, Manato Deki, Shugo Nitta, Yoshio Honda, Hiroshi Amano, Sourajeet Roy, Biplab Sarkar
  • 雑誌名: EEE Transactions on Electron Devices 巻: 68 ページ: 6059-6064
  • DOI: 10.1109/TED.2021.3119528
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Characterization of mist-Al2O3 gate insulator and its applications in mist-Al2O3/AlGaN/GaN MOS-HEMTs (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Motoyama, Shun Urano, Ali Baratov, Yusui Nakamura, Masaaki Kuzuhara, Joel T. Asubar, and Zenji Yatabe
  • 学会等名: The 69th Japan Society of Applied Physics Spring Meeting 2022
• [学会発表] AlGaN/GaN MIS-HEMTs with mist- and ALD Al2O3 gate dielectric (2022)
  • 著者名/発表者名: Shun Urano, Joel T. Asubar, Rui Shan Low, Faris Muhammad, Masaki Ishiguro, Itsuki Nagase, Ali Baratov, Tomohiro Motoyama, Yusui Nakamura, Masaaki Kuzuhara, and Zenji Yatabe
  • 学会等名: The 69th Japan Society of Applied Physics Spring Meeting 2022
• [学会発表] Recessed gate GaN-based MIS-HEMTs with Al2O3 gate dielectric deposited by mist-CVD method (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Ishiguro, S. Urano, R. S. Low, M. Faris, I. Nagase, A. Baratov, J. T. Asubar, T. Motoyama, Y. Nakamura, Z. Yatabe, M. Kuzuhara
  • 学会等名: 2021 IEEE International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai (IMFEDK 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and Characterization of ZrO2/AlGaN/GaN MIS-HEMTs with regrown AlGaN Layer (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, I. Nagase, A. Baratov, S. Urano,J. T. Asubar, A. Yamamoto, M. Kuzuhara
  • 学会等名: 2021 IEEE International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai (IMFEDK 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Mist chemical vapor deposited-Al2O3/AlGaN interfacial characterization for GaN MIS-HEMTs (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Motoyama, Zenji Yatabe, Yusui Nakamura, Ali Baratov, Rui Shan Low, Shun Urano, Joel T. Asubar, Masaaki Kuzuhara
  • 学会等名: 2021 IEEE International Meeting for Future of Electron Devices ,Kansai (IMFEDK 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Electrical properties of GaN-based MIS-HEMTs with Al2O3 gate insulator deposited by ALD and mist-CVD techniques (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Urano, R. S. Low, M. Faris, M. Ishiguro, I. Nagase, A. Baratov, J. T. Asubar, T. Motoyama, Y. Nakamura, Z. Yatabe and M. Kuzuhara
  • 学会等名: 2021 IEEE International Meeting for Future of Electron Devices ,Kansai (IMFEDK 2021)
  • 国際学会