Development of fundamental technologies for fabrication of ultra-high voltage aluminum nitride semiconductor devices

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05292
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30010:Crystal engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ueno Kohei 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90741223)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 半導体 / 電子デバイス / 高電子移動度トランジスタ / 結晶成長 / パワーデバイス / ドーピング / スパッタリング

Outline of Final Research Achievements

This study has developed crystal growth and device processes for aluminum nitride (AlN) and aluminum gallium nitride (AlGaN) alloys, promising for next-generation ultra-high voltage and high-power electron devices.
The new approach of the defect-quasi Fermi level control by high-energy particle/ultraviolet irradiation during the pulsed sputtering deposition of AlN potentially enabled the epitaxial growth of high-quality AlN and its n-type doping.
Furthermore, AlN/AlGaN high electron mobility transistors were fabricated using this method and demonstrated high-power and high-voltage operation with a maximum current density of 250 mA/mm and a breakdown field of 3.0 MV/cm.

Free Research Field

結晶成長、半導体デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、低コストかつ大面積に成膜可能なスパッタ法を用いて高品質なAlN・AlGaNエピタキシャル成長を実現した点で、産業応用上の価値が高いと考えている。また欠陥疑フェルミレベル制御によるAlN結晶高品質化の可能性を示したことは、結晶学上意義がある。
さらにAlGaN混晶を用いた高移動度電子トランジスタの低抵抗化を世界に先駆けて実現し、高出力・高耐圧動作を実証したことで、次世代パワーエレクトロニクス分野の開拓・進展に資する成果を得たといえる。