【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.03】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24AT0022

利用課題名 / Title

AlドープしたGaN MOSFETのチャネル特性のMg濃度依存性評価

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

リソグラフィ/ Lithography,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,膜加工・エッチング/ Film processing/etching

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

田中 亮

所属名 / Affiliation

富士電機株式会社

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

近藤 剣,菅沼 奈央,篠田 裕太

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

郭 哲維

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-009：コンタクトマスクアライナー[MJB4]
AT-082：化合物半導体エッチング装置（ICP-RIE）
AT-109：６インチ電子ビーム真空蒸着装置（アールデック）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

パワーデバイス向けのGaN 縦型MOSFETを実用化するために、高いチャネル移動度とノーマリーオフ特性を両立する必要がある。これまでにチャネルにAlをドープすることによって移動度を飛躍的に向上できる一方で、ノーマリーオン特性となってしまうことを報告した。そこで今回は、Alドープしたチャネル特性のMg濃度依存性を評価し、高い移動度とノーマリーオフ特性を両立できるか検討を行った。

実験 / Experimental

Fig.1に作製したGaN MOSFETの構造とTEM-EDXで分析されたAl分布を示す。エピはMOCVD法でp-GaNボディ/p+GaN/n-GaNと成長され、ボディ層のMg濃度は1×10¹⁷ cm^-3, 3×10¹⁷ cm^-3, 1×10¹⁸ cm^-3とした。ICP-RIEでマーカ形成し、レジストマスク越しにSiイオン注入することでソース、ドレイン領域を形成した。そのあとAlNキャップアニールでSiイオンの活性化とAlドープを同時に行い、AlN膜はアルカリで除去した。酸化膜の開口および電極形成をレジストマスクとウェットエッチングで行い、電気特性を半導体パラメータアナライザで評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.2 (a)にゲート電圧V_gとドレイン電流I_dのグラフを示す。また、Fig.2 (b)にI_dから算出した電界効果移動度m_FEを示す。Mg濃度によってしきい値を制御でき、しきい値4.8 Vのノーマリーオフ特性と、高い移動度76 cm²/Vsが両立できることが分かった。今後はAlドーププロセスの改善によってさらなる特性向上に取り組む。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1. Structure of GaN MOSFET with Al-doped surface.

Fig. 2. I -V characteristics of Al-doped channel.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

引用
1)     K. Ueno et al., N-1-02, SSDM, Nagoya (2023).論文・学会発表（Publication/Presentation） T. Kondo et al., IWN2024, ED64.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. T. Kondo, K. Ueno, R. Tanaka, S. Takashima, M. Edo, and T. Suwa, IWN2024, ED64.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件