2019 Fiscal Year Annual Research Report
Building of Technical Basis for fabrication of high-power AlN devices
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19H02166
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
奥村 宏典 筑波大学, 数理物質系, 助教 (80756750)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | パワーデバイス / 窒化物半導体 / デバイスプロセス / エッチング / オーミック電極 / イオン注入 / 高温アニール / トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超低損失かつ高耐圧素子の実現に向けて、窒化アルミニウム(AlN)素子作製の技術基盤を構築する研究を行った。以下に本年度に得られた成果をまとめる。
(1)n型AlN層におけるオーミック電極：GaNオーミック接触に使われるTi/Al/Ni/Au構造を用いて、合金化のため800度で30秒間窒素雰囲気下で熱処理を行った。金属Niは、Alが電極表面まで拡散するのを抑制するために用いられている。Niより高温耐性のあるMoを用いたが、接触抵抗率に関して大きな変化は得られなかった。一方、熱処理温度を上げると、1100度付近で低抵抗化し、1200度で再度高抵抗化した。おそらく、1100度付近でAlN表面とTi/Al金属が反応し、低抵抗の変質層を形成したと考えられる。ショットキー電極を変質層上に堆積しても空乏層の広がりが見れなかった。これらの結果から、n型AlN層上Ti/Al/Ni/Au電極の合金化には、1050度以下の熱処理が適していると思われる。
(2)AlN層におけるイオン注入：AlN層にSi、Ge、Sn、Mgイオン注入を行った。また、同ドーズ量で高キャリア濃度を得るため、Si+HおよびSi+Nの共ドープを試みた。現状では、Si単独のイオン注入で最も優れた電気的特性が得られている。イオン注入したSiは1500度以上のアニール処理時に拡散してしまい、デバイス設計時には不利と思われる。膜厚の大きいAlN層を用いてSiイオン注入を行うことで、再現性良く電気伝導性を持つn型AlN層を得ることに成功した。
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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
当初、n型AlNに最適なオーミック電極の模索と高濃度不純物ドープによる接触抵抗率の低減を行う予定であった。
本年度は、様々な電極の合金化条件を調べることで、1000度付近が適していることが分かった。これまでに1100度以上で合金化した例はなく、n型AlN層の電極に関する重要な知見が得られた。また、様々な種類のイオン種を用いたイオン注入を行うことで、最適なイオン注入条件を見出した。これまで、イオン注入技術を用いたn型AlN層の電気伝導性の再現性が低かったが、今回の研究により、ほぼ確実に電気伝導を示す条件が明らかとなった。
接触抵抗率の大幅な低減には至っていないが、当初の研究計画と方向に基づき、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画にあった、AlNショットキー障壁ダイオード（SBD)のデバイスシミュレーションと作製に関する研究を行う。今回得られたイオン注入及び電極作製技術により、これまでにないAlN-SBDのオン特性向上が期待できる。
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