Development of GaN CMOS Monolithic Integrated Circuits Technology Using Crystal Hetero-Polarity Control

利用晶体异质性控制的GaN CMOS单片集成电路技术的开发

基本信息

批准号：
22KK0055
负责人：
林侑介
金额：
$ 12.9万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-10-07 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0055/
关键词：
ワイドギャップ半導体窒化ガリウム窒化アルミニウム GaN CMOS 極性制御

项目摘要

2次元電子ガスをnチャネルに利用した「窒化ガリウム（GaN）高電子移動度トランジスタ（GaN HEMT）」は高周波パワーデバイスとして高速無線通信のインフラ増強を牽引してきた。対照的に、2次元正孔ガスは正孔移動度が小さいためpチャネルデバイスは実用化に至っていない。本研究では、高性能・低コストな相補型金属酸化膜半導体構造（CMOS）をGaNによって開発するため、「ヘテロ極性制御によるCMOS集積方法の開発」、「歪エンジニアリングによるpチャネル導電性の向上」に取り組む。この課題達成のため、2022年度は、【①pチャネルの移動度解析】、【②表面クリーニングで生じるアルミニウム（Al）液滴の微細構造解析】、【③ナノパターン基板上窒化アルミニウム（AlN）テンプレートの微細構造解析】の3点に取り組んだ。①では、実験的に得られたpチャネルの正孔移動度が理論値よりも低くなることが明らかになり、その原因として、表面クリーニングの未実施によって生じるキャリア散乱の可能性を考察した。②では、表面クリーニングで意図せず生じるアルミニウム（Al）液滴と、これによって誘起されるAlNのエッチング抑制機構を透過電子顕微鏡（TEM）観察によって観察し、その生成機構を考察した。③では、高導電性p型チャネルを形成するため、歪制御に向けたナノパターン基板上AlN厚膜の微細構造解析に取り組んだ。これらの結果から、正孔移動度を向上させつつも、Al液滴を発生させないようなクリーニング条件の最適化の必要性が示された。加えて、歪制御に向けて導入したナノパターン構造が結晶成長中に空孔構造・転位分布を誘起するメカニズムが明らかとなった。

使用二维电子气体进行N通道的氮化炮（GAN）高电子迁移式晶体管（GAN HEMT）一直在推动基础设施扩展，以作为高速无线通信作为高频电源设备。相比之下，二维孔气体的孔迁移率低，因此尚未将P通道设备用于实际用途。在这项研究中，为了开发使用GAN的高性能，低成本，互补的金属氧化物半导体结构（CMOS），我们将致力于“使用异形控制来开发CMOS积分方法”，并“通过应变工程提高P通道电导率”。为了解决这个问题，在2022年，我们在三个点上工作：1）P通道迁移率分析，2）在表面清洁过程中发生的铝（AL）液滴的微结构分析，以及3）Nanopattern substrates上的氮化铝（ALN）模板的微结构分析。在1中，揭示了实验获得的P通道的孔迁移率低于理论值，并且由于未能执行表面清洁而引起的载体散射的可能性被视为原因。在2中，通过透射电子显微镜（TEM）观察观察到了在表面清洁过程中无意中产生的铝（AL）液滴，并检查了其形成的机理。在③中，为了形成高导电的P型通道，我们在纳米植物底物上对厚ALN膜进行了微观结构分析，以进行应变。这些结果表明有必要优化清洁条件，以提高孔迁移率，但不能产生Al液滴。另外，已经揭示了纳米模式对应变控制引入纳米图案结构的机制，从而揭示了晶体生长过程中的空缺结构和脱位分布。