| 研究課題/領域番号 |
16F16373
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| 研究機関 | 高知工科大学 |
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研究代表者 |
川原村 敏幸 高知工科大学, 総合研究所, 准教授 (00512021)
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| 研究分担者 |
DANG THAI GIANG 高知工科大学, 総合研究所, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2016-10-07 – 2019-03-31
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| キーワード | ミストCVD / 高電子移動度トランジスタ(HEMT) / α-Ga2O3 / パワー素子 / ショットキー接合 |
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| 研究実績の概要 |
最近、5eVものバンドギャップを有し従来の材料よりも必然的に破壊電界強度が高くなると期待される酸化ガリウムを利用したパワー素子の開発が活発となってきている。我々の研究室でも、ミストCVDを利用して導電性を有する錫添加α-Ga2O3薄膜の形成や活性層にα- Ga2O3を有したMESFETの形成および駆動に成功している。本申請ではミストCVDを用いてα-Ga2O3系高電子移動度トランジスタ(HEMT)パワー素子の開発を目的としている。
昨年度はまず非常に結晶性の高い活性層を作製する為に、サファイア基板との格子ミスマッチを軽減させるバッファ層としてα-(AlxGa1-x)2O3薄膜の作製手法の開発を行った。最近新たに展開された組成制御可能なミストCVD(第3世代ミストCVD)を利用しα-(AlxGa1-x)2O3薄膜作製に対してもAl組成比を制御する信頼の高い手法を開発した。
次に、Al組成比を制御したα-(AlxGa1-x)2O3薄膜上に錫(Sn)を添加したα-Ga2O3を積層させ、α-Ga2O3 MESFETを製作し、活性層の結晶性とデバイスの導電性の評価を行った。その結果バッファ層のAl組成比をどの程度の値にするのが良いのかに関する傾向を見いだす事に成功した。
また、真性狭バンド層として、Crとの混晶α-Ga2O3薄膜の作製を試みた。出発原料を溶解できずCrの混入量を増加させることが出来なかった。そこで、過去に既にα-Ga2O3との混晶化に成功しているFeを真性狭バンド層作製のために利用した。この時、上述した組成制御可能な第3世代ミストCVDを利用しα-(FexGa1-x)2O3薄膜を作製し、その上にα-Ga2O3薄膜を作製し、いくつかのHEMTの作製を試みた。カンタベリー大学の装置を利用してプロセスの開発を行い、HEMT形成のためのプロセスに問題が無いことを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ミストCVDによるα-Ga2O3系高電子移動度トランジスタ(HEMT)パワー素子の開発には、結晶性の非常に高い活性層の作製、変調ドープ構造、ショットキー接合型ゲート電極、及びHEMT形成プロセスの開発が必須である。このうち結晶性の高い活性層の作製およびHEMT形成プロセスの開発には目処が立ったが、ミストCVDによるショットキー接合型ゲート電極の開発[問題1]、広バンド層α-(AlxGa1-x)2O3の導電化[問題2]、真性狭バンド層α-(CrxGa1-x)2O3薄膜の作製[問題3]に関する問題が生じている。以下それぞれの問題をまとめて記載する。
[問題1] 過去にミストCVDを用いてMESFETを試作した際、ショットキー接合型ゲート電極として、AgOxを選定した。AgOxは他の候補と比較し特性面や価格面から利点がある。過去AgOx系ゲート電極をスパッタリングで作製し特性を確認したが、本学にはAgOxを作製するシステムがなく、HEMT形成が困難な状況である。
[問題2] 変調ドープ構造の広バンド層として、α-Ga2O3以外にもα-(AlxGa1-x)2O3の利用も検討している。そこで、錫やシリコンを添加して導電性を有するα-(AlxGa1-x)2O3薄膜の作製に取り組んでいる。現在は、錫添加に関してはAl組成を増加させると導電性が悪化する傾向を確認している。
[問題3] 低バンドギャップ層であるα-(CrxGa1-x)2O3薄膜の作製を試みたところ、選定した出発原料が、我々が一般に用いる溶媒にほとんど溶解せず、膜内へのCrの混入量を増加させることが出来なかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本申請を達成させるため、17年度は1) ミストCVDによるAg系薄膜作製条件の最適化、2) MESFETのすべての層をミストCVDによって形成するためプロセス技術開発、3) 作製したデバイスの特性評価、欠陥要因の特定、4) 導電性α-(AlxGa1-x)2O3薄膜作製条件の最適化、5) α-(CrxGa1-x)2O3薄膜作製条件の探索等を行い、18年度にα-(AlxGa1-x)2O3/α-(CrxGa1-x)2O3 HEMTを試作し評価を行う予定である。また昨年度の実験から判明した問題はそれぞれ以下の様な対策を講じる予定である。
[問題1] AgOx系ショットキー接合型ゲート電極を作製するために、前駆体、溶媒、酸化剤など選定し、成膜条件の最適化に努める。またソース・ドレインオーミック電極として、研究室内の別のグループで作製中のSnOx系導電膜を利用することとする。さらにミストCVDによる各薄膜の成膜温度が200℃以上必要であり、リフトオフ技術によりパターニングは不可能であり、リフトオフ技術を利用しないプロセス開発を試みる。また試作したMESFETの電気的(IV、CV、出力、伝達)特性評価と構造的(TEM, XRD, XPS等)特性評価から、界面や膜内の欠陥および不純物がどのような影響を及ぼしているかを調査する。バッファ層などの導入による改善が可能か確認し、これらの結果および上記解析などから特性悪化の要因を特定する。
[問題2] ドーパントがα-(AlxGa1-x)2O3に対しどのような影響を与えるか検証、前駆体や溶媒、支援剤などを成膜材料及び条件を改めて検証し直し、熱処理などの後処理が結晶性や導電性に与える影響などを検証する。
[問題3] α-(CrxGa1-x)2O3系真性狭バンド層を作製するために、出発原料の探索をする。またCr組成比の操作した薄膜の特性を評価する。
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