全て酸化物からなる新規ワイドバンドギャップヘテロｐｎ接合ダイオードの特性改善

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04190
• Research Institution: Ishinomaki Senshu University
• Principal Investigator: 中込 真二 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (60172285)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 隆 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (90182336) ; 矢野 浩司 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90252014)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 酸化ガリウム / 酸化ニッケル / ｐｎ接合ダイオード / 高耐圧

Outline of Annual Research Achievements

β-Ga2O3とNiOからなる全て酸化物のヘテロpn接合ダイオードの特性改善を目的に研究している。前年報告したようにβ-Ga2O3 基板上のNiO 層の形成において、ゾルゲル法では微細な粒状結晶となってしまい平坦な均一膜が得られ難かったので、電子ビーム蒸着NiO層を使うことで試作を続けてきた。この方法を用いたダイオード試作では1000Vを超える耐圧を実現できていた。さらなる高耐圧化のためフィールドプレート終端構造の形成を試み、NiO層をミリングによりエッチングした微細なリング構造の導入実験を行ったが、構造を付加したものの方が逆方向リーク電流が増加する結果となり、ミリングによる接合端面の劣化が示唆された。
ダメージの少ないケミカルなNiO層のエッチングを試みているが、現状ではエッチングレートが小さくダイオード作製に使用できない。
NiO層を多層構造としこのサイズと導電率を変化させる構造を提案し、試作を始めている。SiO2を用いたリフトオフを繰り返すことでサイズを変え、その都度ドーピング濃度の異なるNiO層を形成することができる。この構造によってNiO端部付近の電界強度を徐々に緩和できることがシミュレーションによって解析できており、ダイオード試作に指針を与えており、この方向で試作を行っていく予定である。また、NiO層の形成において、電子ビーム蒸着法ではドーピングができないので、再度ゾルゲル法による成膜プロセスを検討している。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

逆方向耐圧の向上のため、フィールドプレート終端構造をNiO層のエッチングをミリングにより行ったが、これがかえって逆方向リーク電流の増加を生んでしまったので、方針変更を迫られた。
平坦で均一なNiO膜を得るため電子ビーム蒸着を使って試作していたが、ドーピングができないので、NiO膜の導電率の制御ができない。現在、改めてゾルゲル法によるNiO層によるダイオード試作（多層構造）に切り替え、成膜条件、試作手順などを精査し検討している。

Strategy for Future Research Activity

ゾルゲル法によってドープNiO層の形成する実験を行い、断面SEM像等の観察から最適化を図る。
シミュレーションの結果に基づき、多層構造ダイオード構造の試作を続け、さらに高い逆方向耐圧を実現し、早急に外部に報告する。

Causes of Carryover

ARIMにおける試作プロセスの使用回数が少なかったことで利用費用が減少したこと。
シミュレーション用コンピュータに関しては既存のもので代用したこと。