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高い閾値制御性を有するシリコン（Ｓｉ）基板上の窒化ガリウム（ＧａＮ）パワートランジスタを開発

NECとNECエレクトロニクスはこのたび、電源オフ時に電流が流れないという、家電製品やIT機器等の安全動作に必要な特性（ノーマリオフ特性（注1））の制御性を向上した、シリコン（Si）基板上の窒化物半導体（注2）パワートランジスタを開発しました。このトランジスタは、ゲート電極の下の層を新構造とすることにより、電流が遮断される閾値電圧の制御性を向上し、低電力損失、高速スイッチング、高温動作を実現します。
　
シリコン半導体を用いたパワートランジスタは、電力の変換、制御素子として家電製品から産業機器に亘り幅広く用いられ、機器の省エネ化を進める上で重要な役割を占めています。現在のシリコン半導体トランジスタに比べ、窒化物半導体トランジスタは、低損失、高速、高温動作が可能という優れた特性を有しており将来を期待されていますが、実用化にはノーマリオフ特性のばらつきを抑え、制御性を向上させることが必要です。
しかしながら、チャネル層付近において、電子供給層とチャネル層からなる現在の2層構造では、ゲート電極とチャネル層間の電子供給層の厚さにより閾値電圧が大きく変化するため、ノーマリオフ特性の安定のためには、製造にあたりゲート直下の窒化物半導体のみを、ヘテロ接合（注3）界面付近まで数nmの高い精度でエッチング加工することが求められ、実用化への課題の一つとなっていました。
このたび開発したトランジスタは、閾値電圧の電子供給層への厚さ依存性を低減するため、電子供給層中に電荷の中和層を挿入するとともに、チャネル層のさらに下層に、中和層と同じ組成のバッファ層を加えた5層構造とすることにより、閾値を高精度で制御し、ノーマリオフ特性を安定して実現すると同時に、加工性を改善し低コストで低損失な窒化物半導体パワートランジスタを均一に作製することを可能としたものです。

このたび開発した、シリコン基板上の窒化物半導体パワートランジスタの特長は、以下の通りです。

NECとNECエレクトロニクスでは今後も、窒化物半導体パワートランジスタの設計・評価を行い、実用化に向けて研究・開発を加速していく計画です。

なお、NECでは本成果を、12月7日より米国ボルチモア市で開催された学会「IEEE国際電子デバイス会議（International Electron Devices Meeting：IEDM）」において、7日に発表しました。

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ニュースリリースに掲載されている情報は、発表日現在の情報です。 その後予告なしに変更されることがございますので、あらかじめご承知ください。