Development of lightly-tilted crystal face trench MOS channels toward the realization of ultra-low resistance GaN power devices

开发微倾斜晶面沟槽MOS沟道以实现超低电阻GaN功率器件

基本信息

批准号：
22K14294
负责人：
平井悠久
金额：
$ 3万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

予算申請時の予備実験環境を活用して、GaNウェットエッチ技術の条件依存性を精査した。研究当初は150度のような高温リン酸液を用いた処理で微傾斜結晶面を作製していたが、本年度の実験によって100度以下の低温でも作製可能であることが明らかになった。実験が容易な低温薬液でGaN微傾斜結晶面を作製可能な条件を見つけられたことにより、実用化のハードルを下げることができた。得られた新規条件を適用しながら、微傾斜結晶面のMOSキャパシタ素子を作製した。本研究用の新規フォトマスクを設計・作製し、評価に最適な素子作製条件を調整するための試作を行った。微細トレンチのフォトリソグラフィ実験では、GaN特有の透明基板に対する適切な露光現像条件の探索に時間を要したが、最終的に、微傾斜結晶面を用いたトレンチ側壁MOSキャパシタの作製に成功した。作製した微傾斜結晶面のMOSキャパシタについて、パワーデバイス要素技術としての特性を評価するため、C-V特性評価を行った。オリジナルのトレンチ側壁構造を適用することで、寄生容量の小さく、従来法より評価に適したC-V特性を得ることができた。この結果をもとに界面欠陥準位密度を評価したところ、目標とした~1011 cm-2eV-1よりもさらに優れた<10^11 cm-2eV-1の界面欠陥準位密度を示す特性が得られた。本研究で作製したGaN微傾斜結晶面が、開口形状であるという構造的な観点だけでなく、電気特性の観点からも、MOSデバイスの要素技術として優れたポテンシャルを有していることを、実験的に初めて明らかにすることができた。

利用预算申请时的初步实验环境，我们研究了GaN湿法蚀刻技术的条件依赖性。研究之初，通过使用磷酸溶液在高达 150 摄氏度的温度下加工，可以产生稍微倾斜的晶面，但今年的实验表明，它们可以在低至 100 摄氏度或更低的温度下产生。通过找到允许使用易于实验的低温化学品制造稍微倾斜的 GaN 晶面的条件，我们能够降低实际应用的障碍。应用获得的新条件，我们制造了晶面略微倾斜的 MOS 电容器元件。我们为这项研究设计并制造了一种新的光掩模，并进行了原型调整以评估最佳的器件制造条件。在微沟槽光刻实验中，我们花了很长时间才找到适合GaN特有的透明衬底的曝光和显影条件，但最终我们成功地利用稍微倾斜的晶面制作了沟槽侧壁MOS电容器。为了评价其作为功率器件元件技术的特性，对制作的晶面稍微倾斜的MOS电容器进行了C-V特性评价。通过应用原始的沟槽侧壁结构，我们能够获得寄生电容较低的C-V特性，并且比传统方法更适合评估。当我们根据该结果评估界面缺陷能级密度时，我们发现界面缺陷能级密度<10^11 cm-2eV-1，甚至优于目标值~1011 cm-2eV-1。实验表明，本研究中制造的GaN微倾斜晶面作为MOS器件的基本技术具有良好的潜力，不仅从开口形状的结构角度来看，而且从电性能的角度来看，也首次揭示了这一点。时间。