Development of vertical AlGaN high power FET on Si substrate using spontaneous via holes

使用自发通孔在硅衬底上开发垂直 AlGaN 高功率 FET

• 批准号: 16H04357
• 负责人: 黒瀬 範子
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16H04357/
• 关键词: 縦型パワーFET; AlGaN縦型; 導電性AlNバッファーレイヤー; レーザによるｐ型化; オーミックコンタクト; 縦型AlGaNショットキーデバイス; 自然形成ビアホール; レーザーによるオーミックコンタクト形成; Si基板上縦型デバイス; ＡｌＧａＮ; 縦型ＦＥＴ; 導電性ＡｌＮバッファー層; 縦型電子デバイス; Ｓｉ基板; ＡｌＮバッファ; ＭＯＣＶＤ; レーザー; ｐ－化; Si基板上FET; Si基板上エピ反り低減法; Si基板上縦型FET; ビアホー

本年度は我々の開発した導電性AlNバッファー層を用いたAlGaN縦型素子を実現することを目的にその要素技術の開発並びに実際の縦型AlGaN素子の実現を目指した。具体的には、1.Si基板のオーミック電極形成、2.窒化物半導体のレーザー誘起オーミックコンタクト形成、 3.ビアホールを用いたSi基板上縦型ショットキーダイオードの形成に関する研究を行った。1.我々の素子は将来のシリコンオンチップ素子も視野に入れたSi基板上の縦型素子であるためにSi基板へのオーミックコンタクトも重要な要素技術である。我々は0.0２Ωcmの低抵抗ｎ型Si基板を用いているがそこへのオーミックコンタクト形成条件を明らかにした。その結果、Agを650ｎｍ蒸着し2L/minの窒素雰囲気中で800℃、30秒のシンタリングが良いオーミック条件を与えることがわかった。2.また素子を形成するためにはリソグラフィー技術に頼らないドライなプロセスが望まれる。我々は波長193ｎｍのエキシマーレーザを用いて局所的にMgドープGaNを任意の場所でｐ化できる事を示してきたが同様に355ｎｍのレーザーを用いてオーミックコンタクトが形成できる事が今年度の研究でわかった。これによりレジストプロセスによらない縦型素子形成の可能性が開けた。3.我々は今回の実験で実際に自然形成ビアホールを用いた縦型ショットキー素子の形成を試みた。その結果Si基板上に世界ではじめてMOCVDエピタキシャル成長のみでAlGaNショットキー素子実現に成功した。電極直径は400μm、電極はNi／Tiを用いた。得られた結果は±20Ｖでの順逆方向電流比は約1E4倍、オン抵抗は17Ｖ(5mA）で約1900mΩ・cm2であった。具体的な素子を作ることに成功したことにより、自然形成ビアホールを用いた縦型FETをSi基板上に形成できる可能性が明確になった。

今年，我们的目标是使用我们开发的导电AlN缓冲层实现AlGaN垂直器件，我们的目标是开发基本技术并实现实际的垂直AlGaN器件。具体而言，我们进行了以下研究：1.在Si衬底上形成欧姆电极，2.在氮化物半导体上形成激光诱导欧姆接触，以及3.使用通孔在Si衬底上形成垂直肖特基二极管。 1. 由于我们的器件是硅衬底上的垂直器件，着眼于未来的片上硅器件，因此与硅衬底的欧姆接触也是一项重要的基础技术。我们使用0.02Ωcm的低电阻n型Si衬底，并明确了在那里形成欧姆接触的条件。结果发现，通过以650nm沉积Ag并在氮气气氛中以2L/min在800℃下烧结30秒，获得了良好的欧姆条件。 2.此外，需要不依赖光刻技术的干法工艺来形成器件。我们已经证明，使用波长为 193 nm 的准分子激光器可以在任何位置将掺镁 GaN 局部转换为 p-p，而且今年的研究表明，使用波长为 193 nm 的激光器也可以形成欧姆接触。波长 355 nm。这开启了在不使用抗蚀剂工艺的情况下形成垂直元件的可能性。 3. 在这个实验中，我们实际上尝试使用自然形成的通孔来形成垂直肖特基器件。结果，我们成功地实现了世界上第一个仅使用 MOCVD 在 Si 衬底上外延生长的 AlGaN 肖特基器件。电极直径为400μm，电极材质为Ni/Ti。结果表明，±20V时的正反向电流比约为1E4倍，17V（5mA）时的导通电阻约为1900mΩ·cm2。通过成功创建特定器件，利用硅基板上自然形成的通孔形成垂直 FET 的可能性已经变得清晰。

项目成果

ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を製造する方法および装置、並びに、半導体素子を製造する装置

p型氮化镓化合物半导体的制造方法、装置以及半导体元件的制造装置

• 发表时间: 2017

Si基板上縦型高出力AlGaN FET実現を目指した導電性AlNバッファ層（v-AlN層）の形成

形成导电AlN缓冲层（v-AlN层），旨在在Si衬底上实现垂直高功率AlGaN FET

• 发表时间: 2016
• 作者: Noriko Kurose; Kota Ozeki; Tsutomu Araki;Yoshinobu Aoyagi
• 通讯作者: Yoshinobu Aoyagi

Realization of conductive aluminum nitride epitaxial layer on silicon substrate by forming spontaneous nano size via-holes

通过形成自发纳米尺寸通孔在硅衬底上实现导电氮化铝外延层

• 发表时间: 2018
• 作者: N.Kurose ;Y. Aoyagi
• 通讯作者: Y. Aoyagi

レーザを用いた局所p-GaNオーミック電極形成法の開発

开发使用激光的局部p-GaN欧姆电极形成方法

• 发表时间: 2018
• 作者: 川﨑輝尚;黒瀬範子;松本晃太;岩田直高;青柳克信
• 通讯作者: 青柳克信

Laser-induced local activation of Mg-doped GaN with a high lateral resolution for high power vertical devices

激光诱导局部激活镁掺杂氮化镓，具有高横向分辨率，适用于高功率垂直器件

• 发表时间: 2018
• 作者: Noriko Kurose; Kota Matsumoto; Fumihiko Yamada; Teuku Muhammad Roffi; Itaru Kamiya; Naotaka Iwata;Yoshinobu Aoyagi
• 通讯作者: Yoshinobu Aoyagi