2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the monolithic AlGaN deep ultraviolet sensing system on a Si substrate
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15H03998
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
岩田 直高 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40708939)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青柳 克信 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 上席研究員 (70087469)
黒瀬 範子 立命館大学, 総合科学技術研究機構, プロジェクト研究員 (50520540)
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 格子欠陥 / 窒化物半導体 / 深紫外 / デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Si基板上へのAlGaN結晶成長において、Siのメルトバック現象を防ぎながら良質なAlGaN層を成長させるためには、Si基板上のバッファー層にAlNの適用が必要不可欠である。しかしながら、AlNは不純物準位が深いために導電性が得られず、この層を通して電流を流す必要がある縦型デバイスをSi基板上に作製することは不可能であった。これを解決するため、Si基板上にトリメチルアルミニウムを先出しし、窒化した後にAlNを形成することにより特定の結晶成長条件下でAlN層の中に微小ホール(自然形成ビアホール)が形成され、次にAlGaN層を成長することによりその自然形成ビアホールが埋め込まれて、伝導性のあるAlNバッファー層が形成できることを我々は予備実験で見出した。
この自然形成ビアホール作製手法の改善を目指して、Si(111)基板からのオフ角度と結晶性および伝導特性の研究を進め、基板オフ角によりビアホールの形状が大きく変化し、それに伴って導電性も変わることを明らかにした。特に昨年度は、ビアホールの形状や密度の制御とドーピングの研究を進めた(国際学会発表)。一方、デバイス構造の検討では、まずAlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)の表面パッシベーション技術の研究で成果が得られた。特に、窒素プラズマを用いて原子層堆積法でSiN膜を形成する前にHClで表面処理を施すことにより、高い耐圧とドレイン電流を同時に得た(国際学会発表)。加えて、このAlGaN/GaN HEMTの基板側からバイアス電圧を印加することで、ドレイン電流が変調できることを明らかにした。さらに縦型トランジスタの実現を目指して、MgをドーピングしたGaNのp型活性化に向けたアニールの検討と、このp型層に対して低接触抵抗を実現するオーミック電極技術の研究を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
申請時の研究計画に照らして評価するならば、やや遅れはあるものの、素子試作に向けた基礎的な研究は進められたと考えている。自然形成ビアホール作製手法の改善とその自然形成ビアホールに埋め込む結晶性の高いAlGaNの実現を目指した研究においては、有機金属化学気層結晶成長装置の不具合が多発した。しかしながら、Si(111)基板からのオフ角度と結晶性および伝導特性の研究を進め、基板オフ角によりビアホールの形状が大きく変化し、それに伴って導電性も変わることを明らかにすることができた。特に昨年度は、ビアホールの形状や密度の制御と埋め込んだAlGaN層へのドナードーピング技術の研究成果を国際学会で発表することができた。加えて、AlGaNの結晶成長手法においても、α-(AlGa)2O3の高周波プラズマを用いた窒化で新たな知見を得て、国際学会で発表を行った。
一方、デバイス構造の検討では、まずAlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)の表面パッシベーション技術の研究で成果が得られた。特に、窒素プラズマを用いて原子層堆積法でSiN膜を形成する前にHClで表面処理を施すことにより、高い耐圧とドレイン電流を同時に得た研究成果を国際学会で発表することができた。加えて、このAlGaN/GaN HEMTの基板側からバイアス電圧を印加することで、ドレイン電流が変調できることを明らかにした。さらに縦型トランジスタの実現を目指して、MgをドーピングしたGaNのp型活性化に向けたアニールの検討と、このp型層に対して低接触抵抗を実現するオーミック電極技術の研究を進めた。しかしながら、これらの技術を組み合せた縦型トランジスタの試作には至らなかった。この点では進捗に遅れは認められるが、問題の無い範囲と考え、挽回を図る。
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| Strategy for Future Research Activity |
自然形成ビアホール作製手法の改善とその自然形成ビアホールに埋め込む結晶性の高いAlGaNの実現を目指した研究においては、これまでにSi(111)基板からのオフ角度と自然形成ビアホール形状や密度の制御、および埋め込んだAlGaN層へのドナードーピング技術によるAlNバッファー層の縦方向導電性の関係が判明したため、今後は、この研究をさらに進めることにより、より低抵抗なAlN層の実現を図る。そして、その上に形成するn型AlGaN層の結晶性の改善を図る。このAlGaN層は深紫外域での縦型のLED、センサーやトランジスタの動作層となるため、高品質なAlGaN層の形成が必要不可欠であり、その結晶成長技術を確立する。これらの得られた結果を取りまとめて、学会発表を行う。
次に、低抵抗なp型AlGaN層の実現を目指してアクセプタ不純物の高濃度ドーピングと活性化の高効率化を検討する。特に、縦型トランジスタへの適用を想定して微小で低抵抗なp型領域の形成を目指す。
縦型デバイス開発の研究では、これらAlGaNに対する結晶性の改善や低抵抗p型層の実現を適用して高効率LEDや高感度センサーの実現を図る。これは、最終的な研究目的であるより短波長(予備実験では350～400nmでの発光)で高出力縦型深紫外LEDと受光波長を制御した高感度縦型深紫外センサーアレーにつながる。
一方、縦型のトランジスタでは、微小な低抵抗p型AlGaN領域の形成とこれへの低接触抵抗を実現するオーミック電極技術の研究を進める。さらに、開発した窒素プラズマを用いた原子層堆積法によるSiNパッシベーション技術や開発した作製プロセス技術を用いて、縦型トランジスタの試作を行う。加えて、LEDやセンサーと組合せたモノリシック化による深紫外センシングシステムの実現に向けた、デバイス構造や作製プロセス技術の検討を行う。
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Research Products
(7 results)
