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

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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。