| 研究実績の概要 |
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研究に取り組んだ。
(1) AlN系ヘテロ構造のエピタキシャル成長技術： 下地基板、結晶成長技術の検討により、2022年度までに、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：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。2023年度は、AlNモル比70%のエピ構造についてオーミックコンタクトの検討を進めた。
(3) AlN系トランジスタの試作と性能： 2023年度、FET試作と特性評価を進め以下に示す結果を得た。
サファイア基板上のAlNモル比36％となるAlGaNチャンネルHFETを作製。四元混晶AlGaInNバリア層と埋め込み再成長コンタクトを組み合わせる事で低ON抵抗と高いOFF耐圧を実現した。さらに、単結晶AlN基板上のAlNモル比70％となるAlGaNチャネルHFETを作製。高い結晶品質と良好なトランジスタ特性を示す事を確認した。
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