超ワイドギャップAlN系半導体を用いたパワートランジスタの開発
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21H01389
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
三好 実人 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30635199)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 威友 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 准教授 (50343009)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | ワイドバンドギャップ / AlN / ヘテロ接合FET |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、将来社会の省エネ化ニーズに応えるアイテムとして、GaN、SiC以上の超ワイドバンドギャップ半導体であるAlN系ヘテロ構造をベースとしたパワートランジスタを着想、その実現に向けた課題と方策を以下のように設定し、その実現に向けた研究計画を策定した。
1. AlN系ヘテロ構造のエピタキシャル成長技術確立
2. AlN系トランジスタのデバイス化技術構築
3. AlN系トランジスタの試作と到達性能の確認
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化アルミニウム(AlN)は、GaNの3.4eV、SiCの3.2eVを大きく上回る6.2eVという極めて大きなバンドギャップエネルギーを持つ究極的なパワーデバイス用半導体材料である。AlNの絶縁破壊電界は非常に高く、パワーデバイスとして利用した場合のOFF耐圧はGaNやSiCの約10倍にもなると予想されている。一方、AlNは、化学的安定性が高く機械的強度・硬度に優れることも大きな特徴となっているが、これらの諸物性は機能デバイスへの応用を考えた際の技術的困難さも生じさせている。本研究では、将来社会の省エネ化ニーズに応えるアイテムとして、GaN, SiC以上の超ワイドバンドギャップ半導体である窒化アルミニウム(AlN)系ヘテロ構造をベースとしたパワートランジスタを着想、その実現に向けた課題と方策を以下のように設定した。
(1) AlN系ヘテロ構造のエピタキシャル成長技術確立： 下地基板、結晶成長技術の検討により、2021年度はAlNモル比36%、2022年度はAlNモル比70%までの組成領域で高品質AlGaN成長技術の獲得に至った。
(2) AlN系トランジスタのデバイス化技術構築：AlGaNバリア層に対する電気化学エッチングの効果を確認し、リセスゲート構造の形成に極めて有用である事が分かった。70％を超える高AlNモル比のオーミックコンタクトについては2023年度検討を進める方針である。
(3) AlN系トランジスタの試作と到達性能の確認： FETの試作と特性評価を進め2023年度末までに結果をまとめる方針である。
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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
本研究で取り組むような極端にAlN含有比が高い窒化物材料では、結晶が3次元的・粒子的に形成され易い。実際、当研究室が直近で行ったトライアル的な成長実験においても、多数のクレータが表面に形成されることを観測している。このような現象は、成長途上で結晶内部に蓄積された格子歪・応力が開放される過程で生じるものと推察される。
2022年度は、成長用下地基板として格子歪の異なるAlNテンプレートや単結晶AlN基板を準備し、その上のAlGaNエピ成長において「組成傾斜のかけ方（膜厚に対する組成勾配）」や「原料供給法（投入ガス比・成長速度・ステップ制御など）」を検討、これらの最適化によって成長途中での格子歪生成をコントロールする事を試みた。結果として、AlNモル分率70%までのAlGaN混晶膜において転位密度が単位面積当たり10の６乗台という高品質エピタキシャル膜が形成できる事を確認した。また、バリア層AlNとするAlN/AlGaNヘテロ構造においてシート抵抗5kΩとなる2DEG生成を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、本年度獲得したAlNモル比70%のAlGaNチャネルFETの動作確認に向けて、コンタクト抵抗低減のための要素技術開発に取り組む。また、さらに高AlNモル比となるAlGaNエピタキシャル成長技術のための検討を継続する。ノーマリオフのためのゲート電極構造についても検討を進め、これらの要素技術を構築する事で、2023年度末の理想デバイス構造に向けた基盤技術構築を図る。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
