窒化ガリウム系電界効果型トランジスタの 光応答とその応用に関する研究

The Univ. of Tokushima Ohno Laboratory

窒化ガリウム系電界効果型トランジスタの

光応答とその応用に関する研究

徳島大学 大学院 工学研究科 物質材料工学専攻 岡田 政也

論文の構成と発表内容

第一章 序論 研究背景・目的 第二章 深い準位によるI-V特性の過渡応答のシミュレーション ⇒発表では省略 第三章 AlGaN/GaN HFET用エピタキシャル基板2DEGシート抵抗の光応答 第四章 深い準位によるしきい値電圧の光照射および温度依存性 第五章 GaNを用いた紫外線フォトトランジスタ 第六章 結論 研究のまとめ・今後の課題

電子デバイスの現状

2001 ITRS(International Technology Road Map) by SIA (Semiconductor Industry Association)

電源電圧 チャネル長 Siの理論限界 Si VLSIの将来予測 半導体材料の主役 ⇒ シリコン_(Si) マクロプロセッサ、メモリの飛躍的な進歩 パソコンの普及 高度情報処理技術が確立 課題 信号処理速度の限界 MOSFETの遮断周波数 ⇒ゲート長に反比例 破壊耐圧限界からくる電源電圧の制限 (微細加工技術の限界ではない) パワーエレクトロニクス分野(サイリスタ、IGBT) 省エネルギー、高効率

窒化ガリウム

_(GaN)

単位 Si GaAs SiC GaN

バンドギャップ エネルギー eV 1.12 1.42 2.86 3.39 電子移動度 cm2_/Vs 400 (MOS) 8500 (HFET) 400 2000 (HFET) 破壊電界 V/cm 2.9×105 3.8×105 3×106 3.3×106 ¾ワイドバンドギャップ ¾高電子移動度 ¾高破壊電界 高周波 高出力 ¾パワーエレクトロニクス 電気自動車・電力変換素子 ¾高周波応用 マイクロ波通信・電力伝送

AlGaN/GaN HFET

AlGaN/GaN Heterostructure Field Effect Transistor

ヘテロエピタキシャル成長 自発分極・ピエゾ電荷 u-Al_xGa_1-xN x=0.25 t=25nm u-GaN 3µm Buffer layer c-plane Sapphire

source gate drain

x

Gate u-AlGaN u-GaN

+

AlGaN/GaN HFETの問題点

深い準位の応答による不安定現象 ヒステリシス・電流コラプス AlGaN表面の界面準位 ⇒デバイス構造の改善 SiNパッシベーションやリセスゲート構造 結晶中の欠陥、不純物 ⇒結晶性の改善 MOCVD法による成長 残留ドナーにより_n型 深いアクセプタによる補償を行い高耐圧化 不安定現象の要因 GaNバッファ層 深い準位 界面準位 SiN SiN AlGaN

本研究の目的

GaN系電子デバイス開発への貢献 光照射による基板中の深い準位の応答がデバイス特性 に及ぼす影響の解析 AlGaN/GaN HFET用エピタキシャル基板の光応答 しきい値電圧の光応答と温度依存性 基板特性との因果関係を解明 光応答を利用した新しい_{GaNデバイスの提案} 高効率_{UVフォトトランジスタ}

AlGaN/GaN HFET用エピタキシャル基板

2DEGシート抵抗の光応答

エピ基板評価の問題点

AlGaN/GaN HFET用エピタキシャル基板 2DEG層電気抵抗の評価 サファイア基板上に_{MOCVD法により作製} 結晶欠陥、深い準位による補償 目的 非接触、プロセスレスでの評価 渦電流シート抵抗測定 光照射後に暗状態で測定 2DEGシート抵抗の光応答 安定的な評価法の提案 深い準位の応答により安定的な特性評価が困難

サンプル構造

製造元の異なる_{2つの基板} c面サファイア基板上にMOCVD法にて成長 AlGaN/GaN HFET用の標準的なエピ基板 Sapphire Sapphire GaN 2µm

Mg high doping u-GaN 3µm

u-Al_xGa_1-xN 12nm x=0.24

u-Al_xGa_1-xN 24nm x=0.24

暗状態でのシート抵抗の変動

600 800 1000 1200 1400 1600 -48 0 48 96 144 192 Time[day] S am pl e1 R s[ Ω ] 850 900 950 1000 1050 S am pl e2 R s[ Ω ] 暗状態で保管 蛍光灯照射 2 4 6 8 sample1 sample2 Sheet Resistance ( Ω ) Sheet Resistance ( Ω ) 782Ω 1504Ω after160h 886Ω 950Ω after200h

光照射による変動のメカニズム

AlGaN GaN

AlGaN層およびGaN層のポテンシャルが正に変動

光照射後の暗状態での変動

深い準位からのホール放出時定数が長い

深い準位の帯電量が熱平衡状態

深い準位からのホール放出時定数

(

_T

)

_{n T p T p}

(

_T

)

n T _{nC f e f pC f e f} dt df − + − − − = 1 1

(

)

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛₋ − = = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛− = − = kT E E KT C p e t e A f f e dt df V F p p p T T p T exp 1 1 1 exp 1 2 1 τ τ

Shockley Read Hall統計の速度反応式

断面積 深い準位のホール捕獲 プランク定数 ボルツマン定数 ホール質量 トラップ準位 有効状態密度 : : : : : E : 3 2 2 exp 2 1 2 3 2 1 p p T V p p p V T V h k m N m k h k m K kT E E N p σ σ π ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛₋ − = ホール放出時定数 電子捕獲 電子放出 ホール捕獲 ホール放出 f_T:深い準位の電子占有率

ホール放出時定数の温度依存性

0 100 200 300 400 500 600 700 800 10-9 10-6 10-3 100 103 106 109 1012 1015 τ

(s)

Temperature (K)

year month day hour 2 eV from V.B. 1.5 eV 1 eV 0.5 eV

暗状態熱処理

0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 40 50 60 Time[min] S heet R e si st an ce[ Ω ] 0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 40 50 60 Time[min] S heet R e si st an ce[ Ω ] 0 400 800 1200 1600 2000 0 20 40 6 0 80 100 120 Time[min] S heet R es is ta nce[ Ω] 0 400 800 1200 1600 2000 0 20 40 6 0 80 100 120 Time[min] S heet R es is ta nce[ Ω] sample1 sample2 暗状態1ヶ月保管 暗状態1ヶ月保管 熱処理直後 熱処理直後 暗状態熱処理 定温乾燥機 光遮断後に窒素雰囲気中にて_300ºC 暗状態で一ヶ月保管後と比較 暗状態で温度を上昇することで短時間で熱平衡状態に達する

まとめ

AlGaN/GaN HFETは深い準位の応答によって光を照射 すると２DEGシート抵抗が減少する 暗状態での変化は深い準位からのホール放出時定数に より決まるため、非常に長い。暗状態熱処理により時定 数を短縮できる ミッドギャップ_{(1.7eV)の深い準位が存在しても400ºCの暗} 状態熱処理により熱平衡状態での評価が可能

AlGaN/GaN HFETしきい値電圧の

光照射および温度依存性

深い準位の応答による

_{HFETの不安定現象}

AlGaN/GaN HFET 半絶縁性_{GaNバッファ層上に作製} MOCVD法により成長⇒残留ドナーによりn型 深い準位による補償を行い半絶縁化 高耐圧、高周波特性の向上 深い準位の応答による不安定現象 ヒステリシス 電流コラプス

基板中の深い準位の解析が

_{HFETの特性向上に重要}

深い準位の光応答の解析

HFET特性に及ぼす光の影響 サンプルセット後に暗状態にして測定 直接的な影響はない 深い準位の応答は非常に長い時定数 暗状態直後は熱平衡状態ではない しきい値電圧の変動 GaNバッファ層のポテンシャル変動 – Si MOSFETのバックゲート効果 しきい値電圧の光照射依存性、温度特性の解析 半絶縁性GaNバッファ層の評価

測定サンプル

製造元の異なる_{2つの基板} c面サファイア基板上にMOCVD法にて成長 GaNバッファ層の成長条件・特性が異なる AlGaN/GaN HFET用の標準的なエピ基板 u-Al_xGa_1-xN x=0.25 t=6 nm Si-Doped(n=4×1018 _cm-3₎ Al_xGa_1-xN x=0.25 t=12 nm u-Al_xGa_1-xN x=0.25 t=6 nm u-GaN c-Sapphire u-Al_xGa_1-xN x=0.25 t=10 nm Si-Doped(n=2×1018 _cm-3₎ Al_xGa_1-xN x=0.25 t=15 nm u-Al_xGa_1-xN x=0.25 t=3 nm u-GaN 2 µm c-Sapphire ウエハ1 ウエハ2

GaNバッファ層抵抗の測定パターン

5 µm 100 µm 60 nm オーミック電極 オーミック電極 GaNバッファ層 白熱電球 2 3 4 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 In tensity[ a.u.] Energy[eV] 白熱電球のスペクトル GaN 3.4eV 2 3 4 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 In tensity[ a.u.] Energy[eV] 白熱電球のスペクトル GaN 3.4eV バンドギャップエネルギー以上の スペクトルは含まれていない ⇒深い準位からの励起

GaNバッファ層抵抗の光依存性

-6 -4 -2 0 2 4 6 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 Sample 1 Light Dark Sample 2 Light Dark C urre nt (A ) Voltage (V) ウエハ2 ウエハ1 ウエハ₂ 光依存性なし 20kΩ ⇒低抵抗 ウエハ₁ 光依存性あり 光照射時 200MΩ 暗状態 500MΩ ⇒高抵抗

HFETの作製

サンプルクリーニング オーミック電極堆積 Ti/Al/Ti/Au=50/200/40/35nm 熱処理 N₂ 850ºC 3min 素子間分離 RIE 60nm ゲート電極堆積 Ni/Au=70/30nm Gate Source 50µm Drain 3µm 2µm 3µm HFETパターン プロセスフロー

照射光スペクトル

200 400 600 800 1000 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 GaN E_G=3.39eV 465nm (2.67eV) Wavelength (nm) Intensity Incandescent lamp Blue LED Red LED 659nm (1.88eV)

I

_D

-V

_G

特性の光依存性

-8 -6 -4 -2 0 2 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 V_D=0.1V L_G=2µm W_G=50µm Sample 1 (High resitivity) Incandescent lamp Red LED Blue LED Dark D ra in C ur re nt (A ) Gate Voltage (V) Sample 2 (Low resistivity) Incandescent lamp Dark ウエハ2 ウエハ1 しきい値電圧の光依存性 ウエハ_2のHFET ⇒光依存性なし ウエハ_1のHFET 暗状態、赤色LED ⇒変動なし 白熱電球、青色_LED ⇒_-1Vの変動

ドレイン電流の照射光波長依存性

300 350 400 450 500 550 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Drain Current (A)

Wavelength (nm)

Intensity (arb. unit)

425nm=2.92eV GaN E_G=3.39eV ウエハ1 ウエハ2 キセノンランプ スペクトル

光照射によるしきい値電圧変動のメカニズム

E_C E_V Ψ_FE E_T t_AlGaN x_I チャネル部ポテンシャル V_TH △V_TH △V_SUB バックゲート効果 SUB I AlGaN AlGaN GaN TH V x t V = − ∆ ∆ ε ε 光照射 GaNバッファ層中の深い準位から電子が励起 基板ポテンシャルが変動 チャネル部ポテンシャルを一定に保つために しきい値電圧が変動

光照射による

_{GaNバッファ層キャリア濃度の変化}

電荷中性 キャリア濃度と深い準位の電子占有率の変化 深い準位の応答によるキャリア濃度の時間変化 電子濃度の変化量

(

− + −

)

= 0 = q N N f p n Q _{D T T} T T T f f f p p p n n n = ₀ + ∆ , = ₀ + ∆ , = ₀ + ∆

(

)

(

)

(

o

)

_T

(

_T

)

p t p T T p T T o n t n T T n f N e e f N pC dt dp f N e e f N nC dt dn − + + − = + + − − = 1 1

(

)

no T n T _e f C f n 0 0 1− = ∆ 暗状態での電子濃度には依存しない

基板ポテンシャルの変動

GaNバッファ層中では 電子のフェルミ準位はソース電極により固定 基板ポテンシャルは平坦 電子濃度はボルツマン分布に従う 光照射により電子濃度が変化 電子のフェルミ準位を基準とした伝導帯エネルギーの変動量 ＝基板ポテンシャルの変動量 0 exp n n n kT q E N n C FE C − = ∆ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛₋ − Ψ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∆ + = − = ∆ 0 0 1 ln n n kT E E V_{SUB C C} E_V E_C ΔV_SUB ψ_FE 暗状態での電子濃度に反比例 ⇒高抵抗な基板は光応答が顕著

I

_D

-V

_G

特性の温度依存性と光照射の影響

ウエハ_{1(高抵抗GaNバッファ層=光応答が顕著)上のHFET} -8 -6 -4 -2 0 2 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 V_D=0.1V L_G=2µm W_G=50µm Drain C urrent(A) Gate Voltage(V) 25℃ 50℃ 75℃ 100℃ 125℃ 150℃ 175℃ 200℃ Temperature 25℃ to 200℃ at 25℃ step In the Dark at 25℃ -8 -6 -4 -2 0 2 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 V_D=0.1V L_G=2µm W_G=50µm 25℃ 50℃ 75℃ 100℃ 125℃ 150℃ 175℃ 200℃ Temperature 25℃ to 200℃ at 25℃ step Drain Curren t(A) Gate Voltage(V) 暗状態 光照射時(白熱電球) +0.28meV +3.44meV

温度上昇によるしきい値電圧変動のメカニズム

E_C E_V ΔΨ_S ΔV_TH V_TH t_AlGaN x_I Ψ_F 基板ポテンシャルの変動 Si nMOSFET 浅いアクセプタ濃度により決まるた め、必ず下向き ⇒しきい値電圧は負方向 半絶縁性GaN基板上HFET 深い準位の電子占有率により向き と大きさが決まる ⇒しきい値電圧は正方向にも負方 向にもなり得る チャネル部ポテンシャルの変動 しきい値電圧時のチャネル濃度を 一定に保つように変動 ⇒ポテンシャルは常に上昇 しきい値電圧変動は負方向 光の有無に関係しない

暗状態での基板ポテンシャルの変動

電荷中性により深い準位の電子占有率は一定 フェルミ-ディラック分布 深い準位の電子占有率により基板 ポテンシャルの変動量、向きが決まる f_T<0.5 ΔV_SUB=上向き f_T>0.5 ΔV_SUB=下向き しきい値電圧の温度依存性が正方向 深い準位の電子占有率が非常に小さい イオン化層幅が薄い=深いアクセプタがチャネル近傍まで存在 ( ) T D T T T D N N f n p f N N q Q = − + − = 0 ⇒ = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = ⇒ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − Ψ + = T T SUB F T T f f k dT dV kT q E f ln 1 exp 1 1 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 ∆ V SU B / ∆ T (mV/deg.) f_T

光照射時の基板ポテンシャルの変動

温度上昇により熱平衡状態での電子濃度が増加 光照射による基板ポテンシャルの変動量が減少 光照射によりしきい値電圧は負方向にシフト 温度上昇によりその変動量が減少 しきい値電圧の温度依存性は正方向 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − Ψ − = kT q E N n C FE C 0 0 exp 0 1 ln 0 ⇒ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ _∆ + = ∆ n n kT V_SUB

まとめ

光照射や温度変化による_{AlGaN/GaN HFETしきい値電} 圧の変動は基板ポテンシャルの変動により起きる 深い準位による補償を行った高抵抗_{GaNバッファ層上の} AlGaN/GaN HFETはしきい値電圧の光応答が顕著とな る しきい値電圧の温度依存性は、深い準位の電子占有率 により向きおよび大きさが決まる 高耐圧化のためには_{GaNバッファ層を半絶縁性にする必} 要があるが、チャネル近傍まで深い準位が存在すると不 安定現象の要因となる

GaN/AlGaN/GaNゲート構造

紫外線フォトトランジスタ

AlGaN/GaN HFETの受光デバイスへの応用

紫外線照射により電子正孔対が生成 ワイドバンドギャップ _GaN=3.39eV ⇒_{365nm以下の紫外線に感度を有する} キャリアの寿命が長い チャネル近傍でのホールの蓄積 ⇒ドレイン電流が増加、紫外線の検出 意図的にホールを蓄積する領域を形成 ⇒UVフォトトランジスタ

紫外線受光素子の需要と課題

高感度_{UV受光素子の需要が拡大} オゾン層破壊による健康被害の増加 UV発光素子と組み合わせた殺菌・紙幣判別 ガスコンロの燃焼制御 UVセンサデバイスの現状 Siデバイス 紫外線の感度が低い・フィルタによるロス ⇒低感度、低出力 化合物半導体_{(AlN、AlGaN)} ダイオード ⇒大面積、暗電流の低減が課題

GaN/AlGaN/GaNゲート構造UVフォトトランジスタ

構造 AlGaN/GaN HFETと同様 ゲート下部に_{GaNキャップ層} 動作原理 GaN/AlGaN/GaN界面に光励 起されたホールを蓄積 しきい値電圧が変動しチャネ ル電荷が増加 特徴 増幅効果 高効率であるため小面積 低ゲートリーク電流 UV

Gate GaN AlGaN GaN

デバイス構造とプロセス工程

ウエハクリーニング 素子間分離 ICP-RIE Cl₂ 60nm オーミック電極部のリセスエッチング ICP-RIE SiCl₄ 23.4nm オーミック電極形成・熱処理 Ti/Al/Ti/Au N₂ 800ºC 30s ゲート電極形成 Ni/Au 金メッキ c-Sapphire Buffer i-GaN 3µm AlGaN x=0.25 12nm GaN Cap 16nm Active area:600µm2 Gate Drain Source 12µm 50µm 2DEG

I

_D

-V

_D

特性

照射光 500Wキセノンランプ 350nm 40µW/cm2 ドレイン電流 (V_G=0V、V_D=10V) 暗状態:I_Dmax=1.3µA UV照射:I_Dmax=180µA 変換効率 2.7×105_A/W 0 2 4 6 8 10 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Dark D rain Cur rent(m A) Drain Voltage(V) V_G=+0.5V to -2V step -0.5V UV V_G=+0.5V V_G=0V V_G=-0.5V

分光感度特性

受光面積 Siダイオード:5.7mm2 GaNデバイス:600µm2 受光面積:1/9500 出力電流:357倍(V_G=0V) 300 350 400 450 500 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 V_G=0V Drain Cu rre nt (m A) Wavelength(nm) Si Photo-diode (S1336-5BQ, 5.7mm2) GaN Device (600µm2) V_G=+1V A node C ur rent(m A)

暗状態でのドレイン電流の変化

0 180 360 540 720 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ON D rain C u rr ent(m A ) Time(s) V_G=+1V V_D=10V interval of Sampling 1s OFF UV:350nm τ_OFF=10s 蓄積したホールの排出が必要

UVセンサ回路

抵抗負荷のインバータ回路 ゲートにパルス電圧を印加 蓄積したホールの排出 周波数によりホールの蓄積 量を調節 暗状態 フォトトランジスタは常に OFF 出力電圧は_VDDで一定 UV照射時 照射光量に応じてトランジ スタ_ON 出力電圧が変動 V_DD=10V V_OUT R_L V_G :パルス電圧 UV GaNフォトトランジスタ 電圧変化量 V_high V_low オシロスコープ ファンクションジェネレータ UV V_high UV V_low

出力特性

-6 -4 -2

0

2

4

6

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

Voltage(V)

Vout(Dark)

V

_in Vout(UV)

Time(ms)

照射光：ブラックライト(出力:27W、

λ

_p=369nm、FWHM=17nm) ホール蓄積 (トランジスタON) ホール排出_{(トランジスタOFF)} 7.87V V_in:V_high=0V, V_low=-10V, f=300Hz R_L=100kΩ V_DD=10V

まとめ

GaN/AlGaN/GaNゲート構造のUVフォトトランジスタの作製 GaN/AlGaN界面に光励起されたホールが蓄積することで紫 外光を検出する Siフォトダイオードに比べて高効率であり、小面積でも大電流 を得ることができる ゲートにパルス電圧を印加することで蓄積したホールを排出 抵抗負荷のインバータ回路を用いてリフレッシュ動作を確認

本研究の結論

AlGaN/GaN HFETは深い準位に起因する不安定現象が問題 ¾深い準位の応答によりエピタキシャル基板の特性が変動 ⇒暗状態での熱処理を提案 ¾AlGaN/GaN HFETしきい値電圧の光依存性 ⇒深い準位による補償を行った高抵抗_{GaNバッファ層で} 顕著に起きる ¾AlGaN/GaN HFETしきい値電圧の温度依存性 ⇒GaNバッファ層中の深い準位の電子占有率が小さい と正方向になり得る ¾光応答を利用したGaN/AlGaN/GaNゲート構造のUVフォト トランジスタを提案 ⇒新たなる_{GaN電子デバイスの可能性を示した}

今後の課題

GaN電子デバイスの特性向上 ⇒結晶中の深い準位の応答を制御する必要がある •結晶性の改善 •深い準位をドープする箇所の最適化 •AlGaN/GaN HFET

V_D=100V ⇒αΔV_SUB ⇒ ΔV_SUB=20V t_AlGaN=25nm ΔV_TH<0.1V ⇒x_I>5µm •高耐圧ショットキーダイオード 耐圧1000V ⇒ 10µm、n=1016_cm-3 GaN電子デバイスを用いるアプリケーション GaN電子デバイスの設計・開発 結晶成長技術

謝辞

本研究を行うにあたり、ご指導ご助力を受け賜りました先生方 および技術職員の皆様、試料提供を頂きました株式会社パウ デックおよび日亜化学工業株式会社の皆様、有意義な議論を 頂きました大野研究室の学生ならびに関係者の皆様に心より 感謝申し上げます。

窒化ガリウム系電子デバイスの現状

携帯電話基地局 ユーディナデバイス 180W、2.1GHz パワーデバイス n-GaN基板縦型pnダイオード(住友電工) 耐圧925V、オン抵抗6.3mΩcm2

Y.Yoshizumi, et al.,”High-breakdown-voltage pn-junction diodes on GaN substrates,” Proc. 13th_{ICMOVPE, We-P. 69 (2006) 445.}

縦型構造絶縁ゲートHFET(トヨタ自動車)

M. Kanechika, et al.,”A Vertical Insulated Gate AlGaN/GaN Heterojunction Field-Effect Transistor,” Jpn. J. Appl. Phys. 46 (2007) L503.

ミリ波デバイス

AlGaN/GaN HFET(情報通信機構)

L_G=30nm 最大遮断周波数=181GHz

M. Higashiwaki, et al.,”30-nm-Gate AlGaN/GaN Heterostructure Field-Effect Transistor with a Current-Gain Cutoff Frequency of 181 GHz,” Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) L1111.

Eudyna HP

(http://www.eudyna.com/j/products/newproducts/gan_hemt.html)

暗状態でのドレイン電流の時間変化

0 10 20 30 40 50 60 70 1x10-4 2x10-4 3x10-4 4x10-4 5x10-4 6x10-4 7x10-4 L=2µm W=50µm D rain C u rr ent[A ] TIME[min] V_D=0.1V V_G=-3V sample2 sample1ウエハ1 ウエハ2 光OFF 光ON

照射光波長依存性の測定系

光ファイバ

サンプル

500Wキセノンランプ 分光器

しきい値電圧の温度依存性

250 300 350 400 450 500 -5.4 -5.2 -5.0 -4.8 -4.6 -4.4 -4.2 -4.0 +0.28mV/deg Th resho ld Vo lta ge (V) Temperature(K) 暗状態 光照射時 +3.44mV/deg しきい値電圧の定義 300K、I_D=1×10-6_{Aのときのゲート} 電圧 各温度においては移動度の低下 を考慮して同じキャリア数になると きに換算 暗状態、光照射時ともに正方向の温 度依存性 Si nMOSFETでは負方向

I

_D

-V

_G

特性

_(V

_D

_=10V)

しきい値電圧 (I_D=10-8_A@average) 暗状態_:VTH=-0.41V UV照射:V_TH=-1.04V V_G<-1.2V 蓄積しているホールが排出 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 D rain Cur rent(A ) Gate Voltage(V) UV(350nm) Dark V_D=10V

照射距離依存性

照射量に伴い出力が飽和 -10 -5 0 5 10 -12 -10-8 -6 -4 -20 2 4 6 8 10 12 Voltage(V)

V

_in Time(ms) 30cm 20cm 10cm Dark

V

_out R_L=100kΩ f=100Hz V_high=0V V_low=-10V