2020 Fiscal Year Annual Research Report

Building of Technical Basis for fabrication of high-power AlN devices

Research Project

Project/Area Number	19H02166
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	奥村宏典筑波大学, 数理物質系, 助教 (80756750)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	不純物拡散 / イオン注入 / 窒化物半導体 / トランジスタ / 高温熱処理 / 点欠陥評価
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:Ti/Al/Ni/Au構造を用いて、合金化のため高温で30秒間窒素雰囲気下で熱処理を行った。1150度の熱処理で低抵抗化し、Ni電極を堆積しても空乏層の広がりが見れなかった。しかし、AlN表面数nmをエッチングしたところ、ショットキー接触が得られた。上記の電極および熱処理条件を用いてMESFETを作製したところ、優れたトランジスタ動作が得られた。 (2)AlN層におけるイオン注入:サファイヤ基板上ノンドープAlN層にSiイオン注入を行った。1500度以上のアニール処理を行った際、イオン注入したSiが拡散してしまい、想定よりも一桁少ないSi濃度が得られた。また、サファイヤ基板から分解した酸素が拡散し、1um厚のAlN層表面で10^20cm-3に到達した。膜厚の大きいAlN層を用いてSiイオン注入を行うことで、1600度の高い熱処理においても、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。 (3)これまでの経験を活かして、AlNをチャネルとするノーマリオフMOSFETの作製を試みた。ノンドープAlN層の抵抗が高く、反転チャネルを形成することができなかった。今後は、酸化膜の膜厚や品質の改良を試みる。
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、金属/AlNのSchottky障壁の物理と縦型Schottkyダイオードの作製と評価を行う予定であった。本年度は、Arスパッタを併用した試料深さ方向に関するX線光電子分光評価により、金属/AlN界面構造を調べた。しかし、GaN層と異なり、ノンドープAlN層に対しては、事前に計算したショットキーモデルとあまり一致しなかった。今後、n型AlN層を用いて再度挑戦する。また、AlN層中における、高温環境でのSiとOの拡散係数を明らかにすることで、デバイス作製精度の向上につながった。SBDの代わりにMESFETを作製し、動作させることに成功した。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。
Strategy for Future Research Activity	当初の研究計画にあった、酸化膜の作製と酸化膜/AlN界面の物性評価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、ノーマリオフ動作のAlNチャネルMOSFETの世界初動作が期待できる。