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

本研究においては、HVPEの厚膜pn-GaN周期構造の作製とそのプロセス技術の開発を行うことでSJ構造の作製を目指す。初めに、結晶成長における問題点を述べる。GaNのpn周期構造においては、p型のドーパントとして、Mgを用いる。Mgは偏析現象と成長炉内のメモリー効果が切るため、p-GaNを成長後のn-GaN層にMgが拡散するように含まれてしまう。本研究では、成長炉内のp-GaNとn-GaNが成長するゾーンを物理的に分離することで、Mgのメモリー効果を排除を試みた。はじめに、HVPE法により、npn-GaN構造を作製した。それぞれの膜厚は1umとした。SIMSによりMgの深さいプロファイルを測定した結果、Mg濃度が7x10^19cm-3程度と高い場合は、Mgの偏析が観測された。このとき、Mg濃度が一桁下がるまでに要する膜厚はおよそ150nm程度であった。また、Mgは単調に減少し、およそ600-700nm程度で5桁減少した。従来のMOVPE法やHVPE法では、偏析のよる100nm/桁程度の減少に加えて、600nm/桁程度の減衰が重畳されることが報告されている。これは、先の述べた前者が偏析現象よるもので、後者がメモリー効果によるものである。本結果から、本成長手法により炉内のメモリ効果をほぼ排除した成長を可能とした。次にMg濃度が7x10^17cm-3程度と低くした場合、50nm/桁程度で急峻に減少することが分かった。この違いは、Mgの固溶限が2x10^18cm-3程度と報告されており、低濃度においては偏析現象の抑えられたことによると考えらる。本結果から、HVPE法を用いて1um程度のpn周期構造を非常に急峻に作製可能であることを示した。今後、周期数を増やし厚膜化することで、SJ構造の作製を目指す。

本研究においては、HVPEの厚膜pn-GaN周期構造の作製とそのプロセス技術の開発を行うことでSJ構造の作製を目指す。初めに、結晶成長における問題点を述べる。GaNのpn周期構造においては、p型のドーパントとして、Mgを用いる。Mgは偏析現象と成長炉内のメモリー効果が切るため、p-GaNを成長後のn-GaN層にMgが拡散するように含まれてしまう。本研究では、成長炉内のp-GaNとn-GaNが成長するゾーンを物理的に分離することで、Mgのメモリー効果を排除を試みた。はじめに、HVPE法により、npn-GaN構造を作製した。それぞれの膜厚は1umとした。SIMSによりMgの深さいプロファイルを測定した結果、Mg濃度が7x10^19cm-3程度と高い場合は、Mgの偏析が観測された。このとき、Mg濃度が一桁下がるまでに要する膜厚はおよそ150nm程度であった。また、Mgは単調に減少し、およそ600-700nm程度で5桁減少した。従来のMOVPE法やHVPE法では、偏析のよる100nm/桁程度の減少に加えて、600nm/桁程度の減衰が重畳されることが報告されている。これは、先の述べた前者が偏析現象よるもので、後者がメモリー効果によるものである。本結果から、本成長手法により炉内のメモリ効果をほぼ排除した成長を可能とした。次にMg濃度が7x10^17cm-3程度と低くした場合、50nm/桁程度で急峻に減少することが分かった。この違いは、Mgの固溶限が2x10^18cm-3程度と報告されており、低濃度においては偏析現象の抑えられたことによると考えらる。本結果から、HVPE法を用いて1um程度のpn周期構造を非常に急峻に作製可能であることを示した。今後、周期数を増やし厚膜化することで、SJ構造の作製を目指す。