| 研究課題/領域番号 |
20K04590
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
三浦 喜直 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (90828287)
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| 研究分担者 |
沈 旭強 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (50272381)
中島 昭 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60450657)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 窒化ガリウム / 縦型パワーデバイス / 高耐圧 / 終端構造 / 電界緩和 / 硼素イオン注入 / イオン注入 / 硼素 / GaNパワーデバイス / 高耐圧化 / 外周構造 / 絶縁化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、縦型GaNパワーデバイス高破壊耐量化のため、硼素イオン注入による絶縁性GaN結晶層を利用した素子設計を提案する。この結晶層を組み込んだpnダイオード構造を試作し、耐圧をはじめとする素子特性評価によって設計の有効性を検証する。これと並行して、硼素イオン注入したp型GaN結晶の電子物性を評価し、絶縁化～高抵抗化のメカニズムを探るとともに、物性の電気的、熱的な安定性を明らかにすることにより、提案する縦型GaNパワーデバイスのプロセス設計指針提示を目指す。
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| 研究成果の概要 |
縦型GaNパワー素子の高破壊耐量化のために、硼素イオン注入でp型GaNエピ結晶が絶縁化～高抵抗化する現象を調べ、このp型結晶層の伝導特性を評価し、これを組み込んだpn接合終端構造（JTE）の最適化設計を検討した。p型層伝導性の硼素イオン注入条件依存性およびシミュレーションによる最適化設計をもとに、JTE構造を含む縦型pnダイオードを自立GaN基板上に試作した。ダイオード耐圧は硼素イオン注入のドーズ量最適化で理論値に近づき、良好なアバランシェ耐性を示すことを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
GaNエピ結晶への硼素イオン注入によるpn終端構造の高耐圧化設計は、本研究の実験で性能実証したpnダイオードだけでなく、パワーMOSFETなど他の縦型GaNパワー素子にも適用可能である。提案したプロセスは、比較的良好なプロセス制御性と小さなプロセス負荷を特長としており、電力変換の損失を大幅に低減すると期待される縦型GaNパワー素子の実用化を加速させる可能性があり、社会的意義が大きい。また、硼素元素を含有させたGaN結晶の素子応用はこれまでにほとんど報告されておらず、素子性能の向上および特性の安定性を明らかにした点で、学術的意義がある。
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