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2014 年度 実績報告書

GaN系HEMTにおける電子速度の詳細評価の研究

研究課題

研究課題/領域番号 24560392
研究機関東北大学

研究代表者

末光 哲也  東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (90447186)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード窒化物半導体 / 電界効果トランジスタ / マイクロ波・ミリ波
研究実績の概要

昨年度までに開発した、SiCN薄膜を用いた傾斜型フィールドプレート(FP)をもつGaN系高電子移動度トランジスタ(HEMT)を用いて、ゲート遅延時間解析を行い、キャリア空乏領域のドレイン側への広がりを考慮した実効ゲート長の見積り、それを考慮した電子速度の見積を行った。
比較のため、傾斜型FPに加えて、3段・4段といった多段型FPを持つHEMTも試作した。電気特性を比較すると、3段、4段、傾斜型の順に電流コラプス抑制の効果が大きくなり、傾斜型FPでは測定できる電圧条件の範囲では電流コラプスはほとんど観測されなかった。また、ドレイン耐圧も3段、4段、傾斜型の順番で高くなり、傾斜型ではFPなしのHEMTに比べ66%の耐圧向上が確認できた。これらの効果は、FPの形状を変えることにより、より効果的にゲート端への電界集中を抑えて最大電界強度を下げた結果と考えられる。
HEMTにおける電子速度は、ゲート下のキャリア空乏領域の長さを高周波測定から求めた真性ゲート遅延時間で割ることによって評価できる。キャリア空乏領域の長さは、ドレイン電圧の影響でゲート端からドレイン側へ広がる空乏領域を考慮することが必要である。先に紹介した異なるFP形状によって耐圧に差が生じた結果は、電界分布の違いによってドレイン側への空乏領域の広がりに差が生じたことを示唆している。この差に着目して、ゲート電極直下におけるキャリア電子の走行時間をそれぞれの素子について求め、キャリア速度を見積もった。
3段および傾斜型FPを持つゲート長180nmのHEMTについてゲート電極直下の電子走行時間を求めると、3段FP付きで1.49ps、傾斜型FP付きで1.42psとほぼ等しい値を得られ、ドレイン側への空乏領域の広がり分の補正ができた。この走行時間とゲート長から電子速度を見積り、1.21~1.27×10^7 cm/sという値を得た。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Current collapse suppression in AlGaN/GaN HEMTs by means of slant field plates fabricated by multi-layer SiCN2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi, S. Hatakeyama, T. Yoshida, D. Piedra, T. Palacios, T. Otsuji, and T. Suemitsu
    • 雑誌名

      Solid-State Electronics

      巻: 101 ページ: 63-69

    • DOI

      10.1016/j.sse.2014.06.022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improved breakdown voltage and RF characteristics in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors achieved by slant field plates2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi, S. Hatakeyama, T. Yoshida, Y. Yabe, D. Piedra, T. Palacios, T. Otsuji, and T. Suemitsu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 7 ページ: 096501-1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.7.096501

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Drain depletion length in InAlN/GaN MIS-HEMTs with slant field plates2015

    • 著者名/発表者名
      N. Yasukawa, S. Hatakeyama, T. Yoshida, T. Kimura, T. Matsuoka, T. Otsuji, and T. Suemitsu
    • 学会等名
      42nd International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      アメリカ・サンタバーバラ
    • 年月日
      2015-06-28 – 2015-07-02
  • [学会発表] A new process approach for slant field plates in GaN-based HEMTs2015

    • 著者名/発表者名
      T. Suemitsu, K. Kobayashi, S. Hatakeyama, N. Yasukawa, T. Yoshida, T. Otsuji, D. Piedra, and T. Palacios
    • 学会等名
      th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitride and Nanomaterials
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-31
    • 招待講演
  • [学会発表] InAlN/GaN HEMTs における傾斜型フィールドプレトによるドレイン空乏領域長への影響2015

    • 著者名/発表者名
      安川奈那, 畠山信也, 吉田智洋, 尾辻泰一, 末光哲也
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      平塚
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] 傾斜型フィールドプレートを用いたAlGaN/GaN HEMTのRF特性2014

    • 著者名/発表者名
      畠山信也, 小林健悟, 吉田智洋, 尾辻泰一, 末光哲也
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2014-09-16 – 2014-09-20
  • [学会発表] RF characteristics of AlGaN/GaN HEMTs with slant field plates2014

    • 著者名/発表者名
      S. Hatakeyama, K. Kobayashi, T. Yoshida, T. Otsuji, and T. Suemitsu
    • 学会等名
      41st International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      フランス・モンペリエ
    • 年月日
      2014-05-11 – 2014-05-15

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公開日: 2016-06-03  

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