| 研究課題/領域番号 |
17560307
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
葛原 正明 福井大学, 工学研究科, 教授 (20377469)
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| 研究分担者 |
山本 あき勇 福井大学, 工学研究科, 教授 (90210517)
橋本 明弘 福井大学, 工学研究科, 助教授 (10251985)
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| キーワード | 窒化物半導体 / pn接合 / ダイオード / 電界効果トランジスタ / GaN / p形半導体 / 耐圧 / オン抵抗 |
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| 研究概要 |
本研究では、窒化物半導体を用いた大電力スイッチング素子や電界効果トランジスタへの応用を目指し、高濃度のp形GaNの作製に関する研究を行った。また、実際にpn接合ダイオードを試作し電気的特性の評価を行った。
高濃度p形GaNを形成する方法として、MOVPE法による不純物ドーピング後の熱処理を検討した。実験には、サファイア基板上に濃度の異なるMgを添加したGaN(厚さ850nm)を用いた。このサンプルを赤外線加熱の熱処理装置を用いて熱処理時間と熱処理温度をパラメータとして短時間熱処理し、得られたp形GaNの電気的特性を評価した。室温におけるHall測定の結果、Mg添加量が1.25〜5x10^<17>cm^<-3>のいずれのサンプルにおいても短時間熱処理により最高正孔濃度として約8x10^<17>cm^<-3>が得られることが判った。また、Mg濃度の高いサンプルほど、低温の熱処理で上記の最高正孔濃度が得られ、熱処理温度が高すぎると却って正孔濃度が低下する現象が見られた。Mg不純物の活性化エネルギーは120-140meVと深いため、室温で約8x10^<17>cm^<-3>の正孔濃度を示すサンプルは、200℃程度の高温では、1x10^<19>cm^<-3>以上の正孔濃度を示した。このことは、最適熱処理されたサンプルでは、導入されたMg不純物が皿族サイトに置換していることを示すものである。一方、最適温度以上の高温で熱処理したサンプルについて正孔濃度の温度依存性を解析したところ、高温熱処理によりドナー濃度の増加が示唆された。すなわち、Mg不純物濃度の高いサンプルを高温で熱処理すると、Mgに関与したドナー準位が生成され、逆に正孔濃度が減少したものと説明できることが判った。
上記結果に基きpn接合ダイオードを試作した。Mg添加量1x10^<19>cm^<-3>のp形GaNとSi添加のn形GaN(n=5x10^<17>cm^<-3>)から成るpn接合を試作したところ、室温で逆方向耐圧116V、250℃では耐圧120Vの良好な特性が得られた。
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