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，我们的目标是通过检查器件结构和性能，展示有望用作下一代通信半导体器件的氮化铝镓/氮化镓异质结双极晶体管（AlGaN/GaN HBT）的高频操作。开发基础技术。今年，我们重点关注降低基极区的电阻，这是展示AlGaN/GaN HBT高频工作的关键，并研究了新的器件结构并开发了基础技术。具体来说，为了将“分布式极化掺杂（DPD）”应用于AlGaN/GaN HBT，我们评估了DPD层的基本物理特性。首先，我们研究了“梯度成分 AlGaN”生产的生长参数，这对于实现 DPD 至关重要。通过调整生长过程中的原材料供应比例和压力，我们成功地创建和控制了成分梯度的AlGaN层，其中AlN摩尔分数在堆叠方向上线性变化。接下来，我们研究了仅使用 DPD 制造的用于器件应用的 p-n 结的电气特性。从电容电压特性来看，我们发现DPD比传统的Mg掺杂能够更精确地控制空间电荷密度分布。我们还首次观察到p-n结的各种教科书特性，例如电流-电压特性和雪崩击穿，这些特性可以使用扩散/复合电流模型来解释。综上所述，我们证明了单独使用 DPD 来制造电子设备是可能的。最后，为了预测使用 DPD 的 AlGaN/GaN HBT 的性能，我们研究了 p 型 DPD 层中的空穴迁移率和电子寿命。我们从空穴迁移率的温度特性阐明了p型DPD层中的空穴散射机制，并创建了任何成分和温度范围内迁移率的预测模型。此外，使用p型DPD层的二极管的电流-电压特性表明，可以实现比传统的Mg掺杂GaN长数倍的电子寿命。如上所述，我们首次证明可以创建比传统镁掺杂性能更好的 p 型层，并成功对其进行建模。