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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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．