ワイドギャップ半導体ヘテロ界面の電子物性制御とパワーデバイスの高性能化への展開

宽禁带半导体异质界面电子特性控制及高性能功率器件开发

• 批准号: 13750010
• 负责人: 須田 淳
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750010/
• 关键词: AlN; SiC; MIS; MBE; 界面; パワーデバイス

ワイドギャップ半導体六方晶シリコンカーバイド(SiC)は大きな絶縁破壊電界強度を持つため、既存のシリコン(Si)系半導体パワーデバイスでは理論的に実現不可能な超低損失デバイスを実現可能と期待されている。しかし、シリコン酸化膜(SiO_2)/SiC界面におけるチャネル電子移動度がバルクSiCの電子移動度に比べ極めて小さいため、チャネル抵抗がデバイスの抵抗の大半を占め、デバイスの高性能化を阻んでいる。本研究では、SiO_2に代わる新たな絶縁膜としてSiCと同じ六方晶で、しかも、格子定数がほぼ等しい窒化アルミニウム(AlN)を提案している。窒化アルミニウムとSiCの界面を制御することで、デバイスに利用可能なAlN/SiCヘテロ構造を実現することを目指して研究を進めてきた。今年度得られた結果は以下の通りである。1.SiC表面を、構造的観点および化学的観点で制御を行うことで、高品質AlN結晶成長を実現した。すなわちステップ高さの制御と、表面に存在する酸素の完全な除去および表面超構造の発現を行ったSiC上にAlNを成長することで、2次元レイヤーバイレイヤー成長を実現すると共に、結晶性の大幅な改善を実現した。この高品質AIN層の応用としてGaN成長層の為のバッファー層として使用したところ、GaN層の結晶性も大きく向上することを明らかにした。GaN系パワーデバイスへの応用が期待される。2.従来用いられてきたSiC(0001)面に加え、無極性面であるSiC(11-20)面上へのAlNの結晶成長を試みた。SiCの結晶方位情報をAlNは引き継いで成長する、すなわち、エピタキシャル成長を実現した。しかし、SiCのポリタイプはAlNに引き継がれず、SiCが6Hポリタイプであるのに対して、AlNは2Hポリタイプ(ウルツ鉱構造)であることが判明した。この現象は結成成長学的に新しい知見であると当時に、GaN系光デバイスで必要とされる、無極性面の実現の1方法を新たに提案するものとして意義がある。

The semiconductor hexagonal crystal (SiC) has a large dielectric strength, and the existing semiconductor (Si) has a theoretical impossibility. The ultra-low loss semiconductor is possible. The electron mobility at the interface of (SiO_2)/SiC is smaller than that at the interface of SiC. In this study, SiO_2 and SiO_2 were replaced by new insulating films, SiC and hexagonal crystals, and the lattice number was determined. The interface between AlN and SiC is controlled by using AlN/SiC structure. This year's results are below. 1. SiC surface, structural and chemical control points, high-quality AlN crystal growth The growth of AlN on SiC is greatly improved due to the complete removal of AlN from the surface and the formation of surface superstructures. The high quality AIN layer is used for GaN growth layer. GaN system is expected to be used in various applications. 2. The AlN crystal growth on SiC(0001) plane and non-polar plane was tested. SiC crystal orientation information is displayed in the growth of AlN. SiC and AlN are different. SiC and AlN are different. This phenomenon is a new discovery in growth theory, and it is necessary to develop a new method for the realization of non-polar surfaces.

项目成果

J.Suda, K.Miura, M.Honaga, Y.Nishi, N.Onojima, H.Matsunami: "Effects of 6H-SiC surface reconstruction on lattice relaxation of AlN buffer layers in molecular-beam epitaxial growth of GaN"Appl.Phys.Lett.. 81・27. 5141-5143 (2002)

J.Suda、K.Miura、M.Honaga、Y.Nishi、N.Onojima、H.Matsunami：“6H-SiC 表面重构对 GaN 分子束外延生长中 AlN 缓冲层晶格弛豫的影响”Appl。物理学通讯.. 81・27. 5141-5143 (2002)

N.Onojima, J.Suda, H.Matsunami: "Growth of AlN (11-20) on 6H-SiC (11-20) by Molecular-Beam Epitaxy"Jpn.J.Appl.Phys.Lett.. 41・12A. L1348-L1350 (2002)

N.Onojima、J.Suda、H.Matsunami：“通过分子束外延在 6H-SiC (11-20) 上生长 AlN (11-20)”Jpn.J.Appl.Phys.Lett.. 41・12A .L1348-L1350 (2002)

N.Onojima, J.Suda, H.Matsunami: "Molecular-beam epitaxial growth of insulating AlN on surface-controlled 6H-SiC substrate by HCl gas etching"Applied Physics Letters. 80・1. 76-78 (2001)

N.Onojima、J.Suda、H.Matsunami：“通过 HCl 气体蚀刻在表面控制的 6H-SiC 衬底上进行绝缘 AlN 的分子束外延生长”应用物理快报 80・1（2001 年）。