【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.18】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0031
利用課題名 / Title
窒化物半導体トランジスタの作製と特性評価
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
光電気化学エッチング, 半導体デバイスプロセス, GaNトランジスタ,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
佐藤 威友
所属名 / Affiliation
北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
GaN系トヘテロ接合電界効果トランジスタ（GaN HFET）は高周波パワースイッチング素子として有望視されているが、閾値電圧を精密に制御する技術が未確立であり作製プロセスの開発が望まれている。本研究では、ICP-RIEによる窒化物半導体トランジスタの素子間分離、光電気化学（PEC）エッチングによるゲートリセス加工と、エッチング時に導入される加工ダメージの評価／抑制を目的とした。
実験 / Experimental
AlGaN (20, 40 nm)/GaNヘテロ構造に対し、はじめにPECエッチングによりゲート電極部にリセス加工を施し、次にICP-RIEにより素子と素子の間を深さ約100nmエッチングした。Cl2ガス4.0sccm, BCl3ガス3.0sccmで、ICP power 150 W, Bias power 30 W, 圧力1Paの条件下で１分間エッチングした。最後に、ソース-ドレイン電極とゲート電極を形成した。またICP-RIE加工ダメージの評価のため、n型GaN表面をBias power 5Wおよび30Wでエッチングし電気化学インピーダンス測定を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
AlGaN/GaN構造に対してICP-RIEによる素子分離を実施した試料について電気的特性を評価した結果、隣り合った素子間の電気抵抗は十分に高く、本来の目的を十分に達成できた。また、PECエッチングでも十分な素子分離が可能であることを示した（図参照）。さらに、PECエッチングによるゲートリセス加工によりトランジスタのしきい値電圧を精密に制御することができた。n-GaN試料に対するICP-RIE加工ダメージを容量-電圧（C-V）法および電気化学インピーダンス法により評価した結果、ICP-RIE直後に内蔵電位が減少し表面近傍でキャリア密度が減少した。この振る舞いは、窒素空孔等による表面欠陥に起因すると考えられる。この試料にPECエッチングを施すと、これらの異常な振る舞いは除去され、電気的特性は結晶成長面と同等まで改善された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
光電気化学（PEC）エッチングによるAlGaN/GaNヘテロ構造トランジスタの素子分離
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Yugo Oki, Takuya Togashi, Naoki Shiozawa, Taketomo Sato, "Deep and Shallow Etching of AlGaN/GaN Heterostructures using Contactless Photo-electrochemical (CL-PEC) Technique", Optics & Photonics International Congress 2024（神奈川県横浜市）, 令和6年4月25日
- 沖勇吾, 塩澤直生, 富樫拓也, 佐藤威友, "AlGaN/GaN ヘテロ構造に対するコンタクトレス光電気化学（CL-PEC)エッチングの制御と応用", 電子情報通信学会電子デバイス研究会（北海道札幌市）, 令和6年5月24日
- Takahiro Shimazaki, Umi Takatsu, Taketomo Sato, "Photo-electrochemical (PEC) etching and characterization of the damaged GaN surface", 15th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics（宮城県仙台市）, 令和6年8月28日
- Naoki Shiozawa, Yugo Oki, and Taketomo Sato, "Fabrication of Recessed-gate AlGaN/GaN HEMTs utilizing Contactless Photoelectrochemical (CL-PEC) Etching （口頭 & ポスター）", 15th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics（宮城県仙台市）, 令和6年8月28日
- Yugo Oki, Naoki Shiozawa, Taketomo Sato, "Fabrication of Recessed-gate AlGaN/GaN HEMTs utilizing Contactless Photoelectrochemical (CL-PEC) Etching", 12th International Workshop on Nitride Semiconductors（米国ハワイ州）, 令和6年11月4日
- 塩澤直生、沖勇吾、勝又十勝、佐藤威友, "コンタクトレス光電気化学エッチングを用いたリセスゲート型AlGaN/GaN HEMTの作製と電気的特性", 第７２回応用物理学会春季学術講演会（千葉県野田市）, 令和7年3月14日
- 嶋﨑喬大、髙橋円空、佐藤威友, "n-GaNのICP-RIE加工面に対する低損傷PECエッチングとその電気化学的評価", 第７２回応用物理学会春季学術講演会（千葉県野田市）, 令和7年3月14日
- 沖勇吾、塩澤直生、勝又十勝、富樫拓也、佐藤威友, "AlGaN/GaNヘテロ構造に対するコンタクトレス光電気化学エッチングの制御と応用", 2025年電子情報通信学会総合大会（東京都世田谷区）, 令和7年3月28日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件