通信機の超低消費電力化に向けた窒化ガリウム系高周波トランジスタの開発

开发用于通信设备超低功耗的氮化镓基高频晶体管

基本信息

批准号：
22KJ1532
负责人：
隈部岳瑠
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、次世代通信用半導体素子として期待されている窒化アルミニウムガリウム・窒化ガリウム・ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(AlGaN/GaN HBT)の高周波動作実証を目指し、デバイス構造検討と要素技術開発を行う。本年度はAlGaN/GaN HBTの高周波動作実証のカギとなる、ベース領域の低抵抗化に焦点を絞り、新規デバイス構造の検討と要素技術の開発を行った。具体的には、「分布型分極ドーピング(DPD）」のAlGaN/GaN HBT応用を目指し、DPD層の基礎物性評価を行った。まず、DPDの実現に不可欠な「傾斜組成AlGaN」の作製に向けて、成長パラメータの検討を行った。成長時の原料供給比や圧力などを調整した結果、積層方向にAlNモル分率が線形に変化する傾斜組成AlGaN層の作製・制御に成功した。次に、デバイス応用に向けて、DPDのみで作製したp-n接合の電気的特性を調査した。容量-電圧特性から、DPDは従来Mgドーピングに比べて精密な空間電荷密度分布制御が可能であることを見出した。また、拡散・再結合電流モデルで説明可能な電流-電圧特性やアバランシェ降伏など、教科書的なp-n接合の諸特性も初めて観測した。以上から、DPDのみで電子デバイスを作製可能であることを実証した。最後に、DPDを活用したAlGaN/GaN HBTの性能予測に向けて、p型DPD層中の正孔移動度と電子寿命調査した。正孔移動度の温度特性からp型DPD層中における正孔の散乱機構を明らかにし、任意の組成・温度帯における移動度の予測モデルを作成した。また、p型DPD層を用いたダイオードの電流電圧特性から、従来のMgドープGaNに比べ数倍長い電子寿命を実現可能であることを見出した。以上のように、従来のMgドーピングよりも優れた特性を有するp型層を実現できることを初めて明らかにし、そのモデル化に成功した。

在这项研究中，我们将研究设备结构并开发元素技术，旨在证明氮化铝铝铝，氮化盐异质结的双极晶体管（Algan/Gan HBT）的高频操作，这些双极晶体管（Algan/GAN HBT）预计将是下一代通信的半导体设备。今年，我们专注于降低基本区域的阻力，这是展示Algan/Gan HBTS高频操作的关键，并研究了新的设备结构和开发的元素技术。具体而言，我们评估了DPD层的基本物理特性，目的是将“分布式极化掺杂（DPD）”应用于Algan/Gan HBT。首先，我们研究了制备“梯度组成”的生长参数，这对于实现DPD至关重要。由于调整了生长过程中的进料比和压力，我们成功地制造并控制了梯度的Algan层，其中Aln摩尔分数在堆叠方向上线性变化。接下来，对于设备应用，研究了仅使用DPD制造的P-N连接的电性能。从电容 - 电压特性中，发现DPD比常规MG掺杂更精确地控制空间电荷密度分布。我们还观察到教科书P-N结的特征，例如电流 - 电压特性和雪崩故障，这可以首次通过扩散和重组电流模型来解释。从上面，已经证明只能使用DPD制造电子设备。最后，为了使用DPD预测Algan/Gan HBT的性能，我们研究了P型DPD层中的孔迁移率和电子寿命。孔迁移率的温度特征揭示了P型DPD层中孔的散射机制，并创建了任意组成和温度范围中迁移率的预测模型。此外，已经发现使用P型DPD层的二极管的电流特性可以比传统的MG掺杂的GAN实现电子寿命长达几倍。如上所述，首次可以实现具有优质特性的P型层可以实现，并且可以实现模型成功。