氮化镓异质外延实验室

研究人员名单

• Minoto Miyoshi：研究规划、总体监督
• Toshiharu Kubo：MOS接口的工艺开发和评估
• 江川隆：研究计划规划，协助总体审查
• 田中光宏：研究结果总结
• 冈本晴隆：洁净室管理和运营
• Hiroku Fujita：晶体生长和评估
• Pradip Dalapati：设备原型设计和表征

研究主题摘要

目前，流行的Si功率器件已达到其性能极限，因此需要新型功率器件半导体来替代Si，而SiC和GaN正引起人们的关注。然而，SiC虽然具有较高的散热性能，但难以增大直径和质量，而且价格昂贵。此外，当根据材料的物理性质来考虑作为功率器件的品质因数时，顺序是GaN≫SiC≫Si（当归一化为Si时为650:110:1），并且GaN作为功率器件的半导体材料具有压倒性的巨大潜力。

通常，GaN基半导体形成在由不同材料制成的衬底上，并且使用蓝宝石作为衬底。蓝宝石的缺点是导热系数低，难以增大直径和质量，而且价格昂贵。硅直径大、质量高、散热性好，使其成为功率器件的优良衬底，采用异质外延技术在硅衬底上生长氮化镓基半导体（GaN/Si）晶体。

在这项研究中，我们将开发一种量产的金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统，在具有优异散热性的大直径（6英寸直径或更大）硅衬底上生长具有这些特性的高质量GaN/Si半导体晶体，开发GaN/Si功率器件工艺，并加强产学官合作，并将开展以下项目。

• 使用现有的MOCVD设备，在具有不同物理性质常数的大直径（6英寸直径或更大）Si基板上生长GaN基半导体，并使用X射线衍射装置进行翘曲、凹坑密度、颗粒密度和晶体评估。
• 确定生长的 aN/Si 中出现凹坑和颗粒的原因。
• 开发干法刻蚀和MOS界面形成技术，实现常断。
• 我们将开发一种抑制凹坑和颗粒产生的反应器。
• 我们将使用 AlGaN/GaN 异质结构制作 AlGaN/GaN HEMT 节能功率器件原型，并通过电流-电压测量来评估器件的击穿电压特性。
• 我们将使用改进的反应器生长 GaN/Si 并证明其有效性。
• 我们将使用 AlGaN/GaN HEMT 制作超低损耗功率器件原型，以减少电流崩塌、提高击穿电压并实现常关特性。
• 我们将评估原型器件的击穿电压、开关特性、导通电阻和可靠性，并重新检查晶体生长和工艺，为量产的MOCVD设备提供反馈。

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