2019 Fiscal Year Research-status Report
窒化アルミニウム系超高耐圧半導体素子作製のための基盤技術開発
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19K05292
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 耕平 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90741223)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化アルミニウム / スパッタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高温・放射線環境下において動作可能な超高耐圧エレクトロニクス構築にむけてUltra-Wide Bandgap材料である窒化アルミニウム（AlN）の新規結晶成長手法およびデバイスプロセスの要素技術開発を行う。
初年度では、深紫外線・高エネルギー粒子照射による擬フェルミレベル制御をもとにした補償型欠陥制御という新規概念を実証するために、深紫外線照射光学系を新規にパルススパッタ堆積装置に構築した。本光学系を用いると波長200～1000 nm程度の連続スペクトル光を成長用基板に照射しながら、AlN結晶成長が可能となる。基板に照射した入射光は、AlNのバンドギャップエネルギーより高エネルギー側では入射光の明瞭な吸収が観察された。また、基板温度の上昇とともに吸収端が低エネルギー側にシフトすることがわかり、これは熱膨張によるバンドギャップの収縮に対応することが明らかになった。本結果は、深紫外線を照射することでAlN結晶成長中に光励起による電子正孔対の生成を示唆しており、擬フェルミレベル制御をもとにした補償型欠陥制御につながる成果と考えられる。
また本光学系の入射スペクトルは、AlGaN混晶のバンドギャップ全域をカバーすることから、結晶成長装置にGa原料を装填しAlGaN混晶の作製を行った。結晶成長中にAl/Ga原料比を制御することで、X線回折測定からAl組成70～100%の範囲で所望のAlGaN混晶の作製が可能であることがわかった。本結果は、パルススパッタ堆積装置を用いて、AlN/AlGaNヘテロ構造の作製や分極ドーピングが可能であることを示しており、AlN系窒化物半導体を用いた超高耐圧エレクトロニクス構築にむけて必要な要素技術のひとつである。
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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
初年度では、本研究の核となる新規結晶成長手法を確立するために新規深紫外線照射光学系の構築を進めた。本光学系を備えたスパッタ装置を用たAlNおよびAlGaN混晶の結晶成長プロセスの基本的な部分は確立しており、次年度以降に擬フェルミレベル制御をもとにした結晶品質の向上やそのメカニズムを議論するための基礎データが十分得られると考えている。また、本成長装置を用いてAlNのホモエピタキシャル成長を行ったところ、原子レベルで平坦なステップアンドテラス構造をもった高品質なAlN(0001)薄膜の成長が可能であることを確認した。
さらに当初の研究計画に加えて、AlGaN混相の結晶成長についても取り組み、AlN/AlGaNヘテロ構造の作製や分極ドーピングに向けての初期検討を行った。さらに、これらの結晶成長実験と並行して、フォトリソグラフィやICPドライエッチング等のデバイスプロセスの基礎工程についても条件出しを進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に構築した深紫外線照射光学系を備えたパルススパッタ堆積法を用いて結晶成長実験に引き続き取り組み、結晶の高品質化への指針を得る。特に、n型AlNおよびAlGaN結晶中の残留不純物濃度や点欠陥濃度と電気特性との関係に着目し評価を進め、結晶成長へのフィードバックを行う。結晶成長実験について予想以上の進展が得られた場合には、Mgを添加したp型AlNおよびAlGaN混晶成長についても取り組む。このような結晶成長実験により、擬フェルミレベル制御をもとにした結晶品質の向上やそのメカニズムを解明するための知見の蓄積を図る。
また結晶成長実験と並行して、金属/AlN結晶ヘテロ界面の電流輸送特性についても検討を行い、オーミック電極およびショットキー電極形成プロセスの確立を行う。
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| Causes of Carryover |
年度末に参加予定であった学会が中止になったため、残金が発生した。次年度以降旅費が不足することが想定されるため、残金をそこに充当する予定である。
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