​高品质半导体材料AlGaN的低成本制备方法的开发

摘要：

日本一个研究小组开发出一种使用被称为溅射法的低成本制备方法，成功合成高品质氮化物半导体晶体。此外，通过合成一种被称为简并GaN的新型电极晶体并将其与AlGaN相接触，成功试制了低电阻的高性能AlGaN晶体管。通过使用这些方法，可以低成本制备功率电子材料，并有望将其用于高性能电力转换元件和6G通信等下一代无线通信元件。

关键字：溅射法、AlGaN、晶体管、半导体材料、低成本制备方法

要点

• 采用溅射法，开发了一种可以低成本地合成高品质的AlGaN半导体晶体的新方法，有望作为下一代功率电子设备的半导体材料。
• 使用被称为简并GaN的电极晶体试制了AlGaN晶体管，并成功降低了导通电阻（晶体管导通时的电阻）。
• 可以低成本制备出高性能功率电子器件，有望用作电力转换元件和6G等下一代无线通信元件。

研究内容

到目前为止，SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）作为功率电子器件晶体管的半导体材料的研发已经取得进展，并且已经开始实用化。众所周知，通常由轻元素构成的半导体的介电击穿电阻较高，但是如果将GaN中的一部分Ga替换为较轻的Al并制成AlGaN（氮化铝镓），则将获得具有优异的介电击穿电阻的晶体。因此，具有更高介电击穿电阻的AlGaN作为下一代功率电子材料被寄予厚望。

然而，由于AlGaN半导体中的电子具有高能态，难以从外部注入电子，电极部分的电阻较大，因此目前尚未制备出具有良好性能的晶体管。此外，由于GaN和AlGaN等氮化物半导体的生长使用被称为MOCVD法的高价晶体生长方法，因此元件的制备成本高。

本次，研究小组开发了一种使用被称为溅射法的低成本制备方法，成功合成高品质氮化物半导体晶体。溅射法作为一种低成本的材料合成方法已在一般工厂中被广泛使用，因此新型材料和新型元件的社会化应用将更为容易。此外，研究结果表明，通过将Si原子以1×1020 cm-3以上的高浓度引入GaN晶体中，可以合成一种被称为简并GaN的新型材料（图1）。研究结果还表明，在这种简并GaN晶体中存在高能态电子，通过使简并GaN与作为新型电极晶体的AlGaN相接触，可以以低电阻向AlGaN中注入电子。本次，研究小组通过使用这种简并GaN作为晶体管的电子注入层的源极和漏极，成功试制了一种高性能AlN/AlGaN异质结高电子迁移率晶体管（图2）。研究结果表明，可以实现具有低电阻的高性能AlGaN晶体管。

图1 溅射生长的简并GaN晶体的高分辨率电子显微照片

图2 试制的AlN/AlGaN HEMT元件特性评估情况

通过使用该方法，能够低成本制备功率电子材料，并有望将其用于高性能电力转换元件和6G通信等下一代无线通信元件。今后，研究小组将优化新型元件的结构，为社会化应用做好准备。

来源：AIpatent 前沿研发信息介绍平台