2023 Fiscal Year Annual Research Report
High speed growth of pn junction by HVPE for fabrication of SJ diod
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22K18808
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
本田 善央 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60362274)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 敦之 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任准教授 (30774286)
新田 州吾 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任准教授 (80774679)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | GaN / HVPE / SJ / パワーデバイス / 高速エピタキシャル成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、窒化物半導体を用いたスーパージャンクション作製に向けたHVPE法を用いたpn周期構造とプロセス開発を目的としている。HVPEによるpn接合においては急峻性が極めて重要である。そこで、p層を作製するためのMgを含んだ原料を供給するノズルと、n層を作製するためのSiを含んだ原料を供給するノズルを2つ備えたHVPE結晶成長装置を利用した。Siに関しては炉内のメモリが少なく、極めて急峻な切り替えが可能である。一方でMgに関しては、メモリが高く完全にMgの混入を排除することは難しい。そのため、本研究においては急峻性を上げるために、成長基板をそれぞれの原料吹き出し口に交互に移動する手法を用いた。また、ガスはフローチャネルなどで制限せず、開放系の成長炉とすることで、コンタミの影響をより小さくするように設計している。結果として、急峻性の高い界面を得ることが出来たが、いくつか問題がある。1つは解放系のガスフローにしたために、面内の不均一が大きくなったことである。もう1つは急峻性を改善するために、2つのラインを常に供給すると、10^17cm-3程度のMgがn型層成長時にもエピ膜に取り込まれることが明らかとなった。成長中の2ラインの同時供給を止めると、Mgの濃度が安定しないことも明らかとなった。これは、Mgを供給する場合に、Mgが配管内に付着するため、ガスとして供給が遅れるためである。このことから、同時供給は必須であり、Mgのn型層成長中の混入を避けるためのガスフローの制御が重要であるという結論に達した。治具を作製し、ガスフローを制御することで、面内均一性と急峻性を改善することが可能であった。n型層成長中のMg濃度はSIMS検収限界以下であり10^15cm-3以下を実現することが可能であった。npn接合により急峻性を確認し、pn周期構造の作製における基礎的技術の開発に成功した。
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