2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of laser-irradiated acceptor activation technology of GaN super junction power devices for high-efficiency power systems
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18K18866
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
岩田 直高 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40708939)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | GaN / 有機金属気層成長法 / Mgアクセプタ / Siドナー / 活性化 / ArFエキシマレーザー / スーパー接合 / パワーデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、MgとSiを一緒にドープ（共ドープ）したGaNに対してArFエキシマレーザー光の照射によりp型領域を形成し、照射しない部分のn型領域と縦方向に繰り返し並べたスーパー接合構造を実現する技術の構築である。有機金属気層成長法によるGaNは、ドープしたMgが水素と結合してアクセプタとして働かず、この活性化には熱処理が一般的である。一方、パルスレーザー照射は熱処理とは異なり短時間での処理であるため、アクセプタの拡散を防ぐとともに照射する部分だけに活性化処理が施せる。
2018年度は、MgドープGaNへのレーザー照射により、熱処理と同等の活性化率とより高い正孔移動度を得た。そして2019年度は、アクセプタ活性化の確認が容易な2種類のMgドープGaN/SiドープGaN構造ウエハを用いた縦型pnダイオードを検討した。縦型pnダイオードの試作と接合容量と電圧(C-V)特性の関係から、GaN中のMgは一部活性化していることが判明した。コロナ禍(8月半ばまで研究室の活動停止)の2020年度は、Mgアクセプタ活性化の安定と再現性を高めるため、照射強度と表面状態やアクセプタ活性化の関係を詳細に調べた。その結果、2.0～2.1mJ/cm2を最適値とした狭い強度範囲で活性化が得られること、より高い強度では活性化の抑制と表面の酸化が認められた。2021年度は、MgとSiの共ドープGaNを用いて、レーザー照射によるアクセプタ活性化を検討した。Mg濃度は5×1017cm-3、Siの濃度は3×1017cm-3、成長後の電子濃度は2.3×1017cm-3である。活性化の評価にフォトルミネッセンスとダイオードのC-V特性を調べたところ、伝導帯-アクセプタ間発光の強度増加と正味のドナー濃度の低下をそれぞれ観察した。共ドープGaNへのArFエキシマレーザー照射によるMgアクセプタ活性化を実現した。
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