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

使用超宽禁带AlN半导体的功率晶体管的开发

基本信息

批准号：
21H01389
负责人：
三好実人
金额：
$ 8.82万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01389/
关键词：
ワイドバンドギャップ AlN ヘテロ接合FET

项目摘要

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。

氮化铝（AlN）是功率器件的终极半导体材料，具有6.2eV的极大带隙能量，远远超过GaN的3.4eV和SiC的3.2eV。 AlN的击穿电场极高，用作功率器件时的截止电压预计约为GaN或SiC的10倍。另一方面，AlN具有高化学稳定性以及优异的机械强度和硬度，但这些物理特性在考虑应用于功能器件时也带来了技术困难。在这项研究中，我们设想了一种基于氮化铝 (AlN) 基异质结构的功率晶体管，这是一种比 GaN 或 SiC 更宽的超宽带隙半导体，作为满足节能需求的产品。未来的社会，我们将讨论实现它的挑战，政策制定如下。（1）AlN基异质结构外延生长技术的建立：通过研究底层衬底和晶体生长技术，我们将在2021年开发AlN摩尔比高达36％和70％的成分范围的高质量AlGaN生长技术2022年AlN摩尔比实现收购。 (2)AlN晶体管器件制造技术的发展：我们证实了电化学刻蚀对AlGaN势垒层的影响，发现它对于形成凹进栅极结构非常有用。我们计划在 2023 财年考虑采用超过 70% 的高 AlN 摩尔比的欧姆接触。 (3) AlN基晶体管的原型生产和所达到性能的确认：将进行FET的原型生产和特性评估，目标是在2023财年年底之前汇总结果。