【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT0130
利用課題名 / Title
GaN スパッタ膜の評価
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
GaN,パワー素子,LED,GaNバッファ層,HEMT,２次元電子ガス
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)
木内 真希
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
清水 三聡
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-081：プラズマCVD薄膜堆積装置（SiN）
AT-082：化合物半導体エッチング装置（ICP-RIE）
AT-023：電子ビーム真空蒸着装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
GaN材料を用いたパワー素子やLEDの製造では、低価格化が重要である。そこで近年スパッタ法によるGaN膜の形成が注目されている。本課題ではSi基板上にスパッタ法によりGaN膜を形成したGaNテンプレートの実用性を評価した。スパッタにより製造されたGaNテンプレート上にMOCVDによりHEMT構造を成長し、デバイスを作成して、動作実証を行った。
その結果、スパッタによりSi基板上に形成したGaNバッファ層を用いたHEMTの制作に初めて成功した。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】
酸アルカリドラフトチャンバー, プラズマCVD薄膜堆積装置（TEOS/SiO2）[NPF081], 化合物半導体エッチング装置(ICP-RIE)[NPF082], 電子ビーム真空蒸着装置[NPF023]
【実験方法】
図１に、作成したデバイス構造を示す。東ソー製のGaNテンプレートは歪制御がされており、直接MOCVDで成長が可能である。AlGaN/GaN HEMT構造をMOCVDで成膜し、デバイス作成を行った。基本的な構造は、Si基板側からスパッタによるGaNバッファ層、MOCVD法によるGaN層、AlGaN層である。MOCVDで成膜するGaN層やAlGaN層の総膜厚は約２μｍである。またAlGaN層とGaN層の間に形成される２次元電子ガスは移動度が高く高周波デバイスに適している。
ソースとドレイン電極には、Ti／Al／Ni／Auを用いた。また、HEMTデバイスにおいて、オーミック抵抗を下げる必要があるため、ヘテロ構造に直接金属が接するようにした。ゲートにはNi／Auを用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
作成したデバイスのドレイン電流・電圧特性を図２に示す。図３に示すようにしきい値電圧は約-８Vであった。リーク電流も少なく、良好な特性が得られた。
スパッタ法によるGaNの成膜技術はGaNパワーデバイスや光デバイスの低価格化に重要な技術であることを示した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１．デバイス構造図
図２．Vd－Id特性 図３．Id-Vgs特性
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
謝辞：GaNテンプレートを提供していただいた株式会社東ソー、上岡義弘氏、末本祐也氏、板東廣朗氏、召田雅実氏に感謝する。
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.
- Y. Ueoka, etl. al.,"Fabrication and characterization of HEMT by using sputtering buffer layer on Si substrate", International Workshop on Nitride Semiconductors(IWN2022) (Berlin), Oct. 9-14,2022
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