超低損失パワーデバイス実現に向けた窒化ガリウムのアバランシェ破壊特性の解明
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18J20080
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Electronic materials/Electric materials
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| Research Institution | Kyoto University |
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| Research Fellow |
前田 拓也 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 半導体 / 窒化ガリウム / 電子デバイス / アバランシェ破壊 / 衝突イオン化係数 / Franz-Keldysh効果 / p-n接合ダイオード / パワーデバイス / 絶縁破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高耐圧・低損失な次世代パワーデバイスを実現できる材料として注目を集めている窒化ガリウム(GaN)半導体について，そのアバランシェ破壊特性の解明を目指して研究を進めてきた．半導体のアバランシェ破壊特性を決定づける基礎物性「衝突イオン化係数」は，パワーデバイスの耐圧設計・安全動作領域の予測のためのデバイスシミュレーションに必須であるが，測定が極めて難しく，GaNの衝突イオン化係数の正確な値は皆無であった．
本研究では，高電界下で波動関数が禁制帯中に浸み出すことによって(本来吸収されない)サブバンドギャップの光吸収が生じるようになるというFranz-Keldysh効果に着目した．空乏層が主にp層側に広がるp－/n+接合に対して，バンドギャップより短波長の光照射時，表面付近(p層)で光吸収が生じて電子正孔対が生成され，少数キャリアである電子が拡散して空乏層端に到達することで電子注入が得られる．一方，バンドギャップより長波長の光照射時，高電界部であるp-n接合付近でFranz-Keldysh効果による光吸収が局所的に生じて正孔注入が得られる．
バンドギャップより短波長および長波長の光照射下における光電流を詳細に解析することで電子注入および正孔注入におけるアバランシェ増倍係数を得ることに成功した．得られた増倍係数を解析することで，GaNの電子・正孔の衝突イオン化係数を求めることに成功した．得られた値を用いて様々なドーピング密度を有するGaN p-n接合の絶縁破壊特性をシミュレーションしたところ，これまで報告されているGaNデバイスの絶縁破壊特性をよく再現する結果が得られた．これは本研究で得られた値の精度が高いことを支持している．
本研究の結果は，GaNのアバランシェ増倍特性の理解およびGaNパワーデバイスの耐圧シミュレーションにおいて重要な結果である．
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(32 results)
