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

• 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

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。

Smothering the ア ル ミ ニ ウ ム (AlN) は, GaN の 3.4 eV and 3.2 eV SiC の を big き く る last time 6.2 eV と い う extremely め て big き な バ ン ド ギ ャ ッ プ エ ネ ル ギ ー を hold つ of ultimate な パ ワ ー デ バ イ ス with semiconductor materials で あ る. AlN の never try to break the 壊 electricity industry は に く, very high パ ワ ー デ バ イ ス と し て using し た occasions の OFF 圧 resistant は GaN や SiC の is about 10 times に も な る と to think さ れ て い る. Side, AlN は, high chemical stability が く mechanical strength, hardness に optimal れ る こ と も big き な, 徴 と な っ て い る が, こ れ ら の the physical function of は デ バ イ ス へ の 応 tested え in を た interstate の technical difficulties さ も raw じ さ せ て い る. This study で エネ, future society エネ エネ ニ ズに応えるア テムと テムと て, GaN SiC above の super ワ イ ド バ ン ド ギ ャ ッ プ semiconductor で あ る smothering the ア ル ミ ニ ウ ム (AlN) ヘ テ ロ tectonic を ベ ー ス と し た パ ワ ー ト ラ ン ジ ス タ を sake, そ の be am に to け た subject と order under を の よ う に set し た. (1) AlN ヘ テ ロ tectonic の エ ピ タ キ シ ャ ル growth technique to establish: under the foundation plate, crystal growth technique の beg に 検 よ り, 2021 annual は AlN モ ル than 36%, 2022 annual は AlN モ ル than 70% ま で の で high-quality AlGaN growth of field skills の に to their っ た. (2) department of AlN ト ラ ン ジ ス タ の デ バ イ ス technology construction: AlGaN バ リ ア layer に す seaborne る electric chemical エ 気 ッ チ ン グ の unseen fruit を confirm し, リ セ ス ゲ ー の ト structure form に extremely め て useful で あ る matter が points か っ た. High 70% を super え る AlN モ ル than の オ ー ミ ッ ク コ ン タ ク ト に つ い て は beg を into 2023 検 め る policy で あ る. (3) department of AlN ト ラ ン ジ ス タ の attempt と reach performance の confirmed: FET の try make と characteristic evaluation 価 を into め at the end of the 2023 annual ま で に results を ま と め る policy で あ る.

项目成果

High-breakdown-voltage Al0.36Ga0.64N-channel HFETs with a dual AlN/AlGaInN barrier layer and selective-area regrowth ohmic contacts

具有双 AlN/AlGaInN 势垒层和选择性区域再生欧姆接触的高击穿电压 Al0.36Ga0.64N 沟道 HFET

• 发表时间: 2021
• 作者: Akiyoshi Inoue;Sakura Tanaka;Takashi Egawa;Makoto Miyoshi
• 通讯作者: Makoto Miyoshi

AlGaInN/GaN HEMTs on single-crystal AlN substrate

单晶 AlN 衬底上的 AlGaInN/GaN HEMT

• 发表时间: 2022
• 作者: Sakura Tanaka;Tomoyuki Kawaide;Akiyoshi Inoue;Takashi Egawa;Makoto Miyoshi
• 通讯作者: Makoto Miyoshi

光電気化学エッチング法を用いたAlGaInN/AlGaN HFETの作製

光电化学刻蚀法制备AlGaInN/AlGaN HFET

• 发表时间: 2021
• 作者: 伊藤 滉朔;小松 祐斗;渡久地 政周;井上 暁喜;田中 さくら;三好 実人;佐藤 威友
• 通讯作者: 佐藤 威友

Improved on-state performance in AlGaN-channel heterojunction field-effect transistors with a quaternary AlGaInN barrier layer and a selectively grown n++-GaN contact layer

• DOI: 10.1016/j.mssp.2021.105960
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: Materials Science in Semiconductor Processing
• 影响因子: 4.1
• 作者: M. Miyoshi;Akiyoshi Inoue;M. Yamanaka;Hiroki Harada;T. Egawa

単結晶AlN基板上AlGaInN/GaN HEMTの作製と特性評価 (II)

单晶 AlN 衬底上 AlGaInN/GaN HEMT 的制备与表征（二）

• 发表时间: 2023
• 作者: 川出 智之;田中 さくら;井上 暁喜;江川 孝志;三好 実人
• 通讯作者: 三好 実人