2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of vertical AlGaN high power FET on Si substrate using spontaneous via holes
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16H04357
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
黒瀬 範子 立命館大学, 総合科学技術研究機構, プロジェクト研究員 (50520540)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神谷 格 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10374018)
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
岩田 直高 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40708939)
青柳 克信 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 上席研究員 (70087469)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 縦型電子デバイス / Ｓｉ基板 / ＡｌＧａＮ / ＡｌＮバッファ / ＭＯＣＶＤ / レーザー / ｐ－化 / 縦型ＦＥＴ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究計画は①ｖ－ＡｌＮ層の結晶成長を素子実現の視点で最適化する。②高性能素子を実現するためにＡｌＧａＮの高品質化を図る。③縦型素子を実現するために新たなＧａＮ，ＡｌＧａＮの局所ｐ－化の方法を開発する。④実際に縦型素子の作成を試み、その動作可能性を明らかにする、であった。これらの研究計画に基づき本年度は以下の成果を上げた。
１．Ｓｉ基板上にクラックフリー、かつ反りのほとんどないＡｌＧａＮ結晶を作成できる事がわかった。結晶成長におけるキャリアガスの水素、また原料ガスのアンモニア純度が結晶成長に大きく影響することも明らかになり、これらを制御することの重要性が高品質ＡｌＧａＮ結晶成長に於いて重要であることがわかってきた。
２．エキシマーレーザ(193nm)を用いＭｇドープＧａＮにレーザを局所的に照射することにより、Ｍｇ：ＧａＮを局所ｐ－化できる事がわかった。またその空間分解能はＫＦＭ測定よりを約１ミクロンときわめて高く、またレーザ照射により試料に全くダメッジが入らない条件があることもわかった。これは縦型ＦＥＴを形成する上で最大の問題である局所ｐ層の形成によるキャリアブロック層の形成における結晶中断、パターン形成、結晶再成長という従来の複雑な工程をとることなく直接キャリアーブロック層をレーザ照射のみで形成し簡便なプロセスで縦型素子を実現できる可能性を示唆しており重要な研究結果である。
３．Ｓｉ基板上に自然形成ビアホールを用いて形成した導電性ＡｌＮ上にn-ＡｌＧａＮ層を形成しショットキー電極による縦型ショットキー素子実現の実験に取り組んだ。これは我々の開発した自然形成ビアホールが実際に電子素子実現にも十分対応しえることを示したもので、上記レーザによる局所ｐ－化法と組み合わせるもので本研究の狙いである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究によりエキシマレーザによる「レーザ局所ｐ－化法」を新たに開発しその空間分解能が１ミクロン相当であることがわかった。従来、縦型窒化物半導体縦型素子実現に必要不可欠であるｐ型キャリアブロック層形成は、主に結晶の再成長法によりなされていた。しかし本研究で開発できた「レーザ局所ｐー化法」では結晶の再成長は必要なく簡便な方法で縦型電子素子を作ることができる可能性を示しており、画期的な縦型デバイス作成法となり得る。これは当初予期していなかったことであり、予想以上の新たな進展と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の研究で、MgをドーピングしたGaN層に対してレーザーを用いて励起することにより、任意の場所をミクロンメートルオーダーの局所的なp型化を可能とした。この結果および前年度の導電性AlN層を用いて本年度の研究を行う。
１．n-AlGaN層／Mg：GaN層の構造を持つ結晶にレーザーを照射するだけで簡単にp-nダイオード横型デバイスができる事を実証する。２．デバイスの耐圧向上を目的として、耐圧の低いGaN層をAlGaN層に置き換えるために、n-AlGaN層／Mg：AlGaN層の構造を持つ結晶にレーザーを照射しp-nダイオード横型デバイスの実現を試みる。３．n-AlGaN層／Mg.Siコドーピング：AlGaN層の構造を持つ結晶成長をSi基板上に行い、局所レーザー照射を用いてAlGaN層の上からMg：AlGaN層をp型化することによりキャリアブロッキング層を形成し、p-nダイオード縦型デバイスを実現する。４．以上の結果を用いてAlGaN縦型FETの実現を試みる。
このFETの構造は、低抵抗Si基板上に導電性AlNバッファー層を形成し、n-AlGaN層／Mg.Siコドーピング：AlGaN層／n-AlGaN層を結晶成長で形成し、レーザー照射によるp型化を行いキャリアブロッキング層を形成した後電極作成を行いデバイス特性の測定を行う。
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