2022 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 | 窒化物半導体 / AlN / パワーデバイス / 高温デバイス / イオン注入 / Siドーピング / SBD / MESFET |
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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)電極形成前のAlN層表面処理：塩酸、フッ酸、熱リン酸およびBCl3プラズマ処理を行った後、Ti/Al/Ti/Au電極を蒸着して、合金化させ、電気的特性を調べた。化学処理の場合では、やや電流値が増大した程度であり、特にフッ酸および熱リン酸を用いると、レジストが剥離されてしまい、効果的な表面処理とは言えない。もし利用するのであれば、塩酸が最適であると言える。一方、BCl3プラズマを用いた場合、大幅に電流が増大した。接触抵抗が低減されたと思われる。
(2)AlN層へのイオン注入条件の最適化：更なる導電性向上を図るため、Siイオン注入において、ドーズ量を10^14から10^16cm^-2の間で様々な条件を試みた。しかし、5x10^14cm-2以外の条件では導電性が得られなかった。蒸着装置の不具合（Al蒸着不可）および熱処理装置の条件変異の影響があったため、再度、電極構造の最適化を試みたが、結果は変わらなかった。ドーズ量が大きすぎる場合、イオン注入損傷により、導電性が損なわれたと考えられる。また、ドーズ量が小さすぎる場合、キャリア濃度が小さく、高抵抗化したと思われる。
(3)この4年間のプロセス最適条件を用いて、AlNチャネルMESFETおよびSBDを作製し、高温での電気的特性評価を行った。MESFETで727℃、SBDで827℃動作に成功した。特にSBDでの800℃以上での動作は、他の材料を用いても世界最高水準である。877℃での評価も行ったが、最初の測定時は良くても、徐々に電流電圧特性が劣化した。カソード電極において、Ti電極とAlN層の反応によるものと思われる。アノード電極であるNiは特に変化が見られなかった。更なる高温動作には、Ti以外の材料でオーミック性接触を図るのが良いと思われる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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