高温動作 AlGaN/GaN ヘテロ構造 FET

前田 就彦、斉藤 正、椿 光太郎、西田 敏夫、小林 直樹
量子物性研究部

　ＧａＮ系化合物半導体はバンドギャップエネルギーが大きく、結晶結合力が大きいため、破壊電界強度および飽和電子速度が高く、高温・高耐圧・高出力動作の高周波電子デバイス材料として非常に有望である。我々は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造ＦＥＴを作製し、４００℃　の高温においても電流飽和およびピンチオフ特性のともに良好なトランジスタ動作を実現した。
　作製したヘテロ構造ＦＥＴは、３００Å　Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／１μｍ　ＧａＮ／１０００Å　ＧａＮ／１０００Å　ＡｌＮ／ＳｉＣ（０００１）　なる層構造を持ち、ゲート長およびゲート幅はそれぞれ　２および２０μｍである　［口絵参照］。ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造においては特有の大きな圧電効果が存在し、格子歪みの大きな格子非緩和構造を用いることにより　１×１０１３　ｃｍ−２　以上の非常に高い２次元電子濃度が実現される［１］。図１は４００ＯＣにおけるトランジスタの静特性を示したものである［２］。良好な電流飽和特性と同時に、良好なピンチオフ特性が得られている。高温において従来観察されていたピンチオフ動作の不良は、高周波特性の劣化、雑音の増大、素子耐圧の低下等、大きな悪影響を及ぼすため、デバイスの実用化にあたっては良好なピンチオフ動作の実現が不可欠である。図１の良好なピンチオフ特性は、結晶欠陥やエッチングによる損傷を大きく低減したことによって得られた。図２は、作製したＦＥＴの相互コンタクタンス（ｇｍ）の温度（Ｔ）依存性を示したものである。温度上昇とともにｇｍは低下するものの、３００ＯＣ以上においてはｇｍの低下率は小さく、作製したＦＥＴの高温デバイスとしてのポテンシャルの高さが示されている。エンジン、溶鉱炉などの他、衛星通信で必要とされる高温高出力の高周波デバイスへの応用が期待される。
[1] N. Maeda, T. Nishida, N. Kobayashi, and M. Tomizawa, Appl. Phys. Lett. 73(1998)1856.
[2] N. Maeda, T. Saitoh, K. Tsubaki, T. Nishida, and N. Kobayashi, to be published in Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 (1999).

図１：４００℃におけるI-V特性

図２：相互コンダクタンス（ｇｍ）の温度（Ｔ）依存

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