High speed growth of pn junction by HVPE for fabrication of SJ diod

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18808
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Honda Yoshio 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60362274)
• 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)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 窒化物半導体 / pn接合 / HVPE法 / Mgドーピング / SJ構造

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated the fabrication of pn-periodic structures by HVPE and the fabrication of horizontal pn junctions using ion implantation and the establishment of the process. Regarding to pn-periodic structures, the Mg memory effect in the HVPE growth reactor was improved and steep pn interfaces were successfully fabricated. Furthermore, in the case of n-GaN grown on p-GaN, the Mg concentration was measured by SIMS, and it was found to decrease Mg concentration to below the measurement limit. This result indicates the possibility of fabricating periodic structures. In the horizontal pn structure, we confirmed the rectifying property and the luminescence during current flow, which suggests that pn junctions can be fabricated. On the other hand, the resistance is very high, leaving the contact resistance as an issue.

Free Research Field

窒化物半導体結晶成長

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

GaN成長では、通常pn接合を作製する際はp層をトップにする。これはMgの炉内メモリが強く、Mgを使用した後の膜にMgが入り込むため、デバイスが作製困難となるためである。また、HVPE法ではMgのドーピング自体がこれまで困難であった。本研究により、HVPE法によりMgの濃度制御を確立することに加え、メモリ効果を改善することで、理想的なpn周期構造を作製するための基礎的な技術を獲得した。これにより、HVPE法の高速な成長速度を利用可能となる。本成果はpn周期構造を用いた超高耐圧GaNパワーデバイスを作製するための基幹技術となりうる可能性を有しており、学術的、社会的に大きな意義を有する。