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2020 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 18J20080
研究機関京都大学

研究代表者

前田 拓也  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワード窒化ガリウム(GaN) / アバランシェ破壊 / 衝突イオン化係数 / 絶縁破壊電界 / p-n接合 / Franz-Keldysh効果 / 光電流 / パワーデバイス
研究実績の概要

本年度は,窒化ガリウム(GaN)半導体のアバランシェ破壊特性の解明を目指し,衝突イオン化係数およびその温度依存性の測定に取り組んだ.p-n接合界面から主にp層側へ空乏層が拡がるGaN p-/n+接合ダイオードを作製し,基礎吸収端(~365nm)より短波長/長波長の光照射下における光誘起電流の測定・解析を行うことで,電子注入・正孔注入時のアバランシェ増倍係数を求めた.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223-373K温度範囲で抽出することに成功した.得られた衝突イオン化係数を経験式を用いてモデル化し,得られた衝突イオン化係数の式(パラメータ)を用いてGaNの理想的な絶縁破壊特性をシミュレーションした.様々なドーピング密度のGaN p-n接合に対して絶縁破壊電圧をシミュレーションしたところ,過去に報告されているGaNパワーデバイスの絶縁破壊特性をよく再現した.得られた絶縁破壊電圧より絶縁破壊電界のドーピング密度依存性を経験式を用いてモデル化した.また,絶縁破壊特性の温度依存性,耐圧維持層の極性依存性,膜厚依存性についてもシミュレーションを行い,詳細に議論した.これらの結果は,J. Appl. Phys.に投稿・採択された.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Impact Ionization Coefficients and Critical Electric Field in GaN2021

    • 著者名/発表者名
      Takuya Maeda, Tetsuo Narita, Shinji Yamada, Tetsu Kachi, Tsunenobu Kimoto, Masahiro Horita, Jun Suda
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 ページ: 185702-1-12

    • DOI

      10.1063/5.0050793

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Defect-insensitive current-voltage characteristics of Schottky barrier diode formed on heteroepitaxial α-Ga2O3 grown by mist chemical vapor deposition2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Maeda, Mitsuru Okigawa, Yuji Kato, Isao Takahashi, Takashi Shinohe
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 125119-1-4

    • DOI

      10.1063/5.0028985

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] GaNの電子・正孔の衝突イオン化係数の温度依存性2021

    • 著者名/発表者名
      前田拓也,成田哲生,山田真嗣,加地徹,木本恒暢,堀田昌宏,須田淳
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] サファイア基板上Mist-CVD成長α-Ga2O3ショットキーバリアダイオードにおけるほぼ理想的な熱電子放出および熱電子電界放出2021

    • 著者名/発表者名
      前田拓也,沖川満,加藤勇次,高橋勲,四戸孝
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Impact Ionization Coefficients in GaN Measured by Above- and Sub-Eg Illuminations for p-/n+ Junction2020

    • 著者名/発表者名
      前田拓也,成田哲生,山田真嗣,加地徹,木本恒暢,堀田昌宏,須田淳
    • 学会等名
      IEEE関西コロキアム電子デバイスワークショップ
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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