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

HVPE 高速生长 pn 结用于制造 SJ 二极管

• 批准号: 22K18808
• 负责人: 本田 善央
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18808/
• 关键词: GaN; SJ構造; HVPE; Mgの偏析; Mgのメモリー効果; SJダイオード; pn接合

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。

In this paper, the fabrication of HVPE thick film pn-GaN periodic structures and the development of the technology of HVPE thick film pn-GaN periodic structures are discussed. At the beginning, the crystallization growth problem point is described. GaN has a periodic structure, p type and Mg type. Mg segregation phenomenon and the effect of Mg segregation in the growth furnace. Mg segregation in the n-GaN layer after p-GaN growth. In this study, we try to eliminate the physical separation of p-GaN and n-GaN in the growth furnace. The HVPE method is used to manufacture npn-GaN structures. The film thickness is 1 um. The results of SIMS analysis showed that Mg concentration was 7x10^19cm-3 and Mg segregation was not detected. The film thickness is about 150 nm. The Mg content decreases by 600 - 700 nm. The recent MOVPE and HVPE methods have increased the reduction in segregation at 100 nm/beam and increased the reduction in attenuation at 600 nm/beam. The former is a segregation phenomenon, while the latter is a segregation effect. The results of this study indicate that the growth process is very effective in eliminating possible growth. The second Mg concentration is 7x10^17cm-3, and the second Mg concentration is 50nm. The solid solubility limit of Mg is 2x10^18cm-3, and the segregation phenomenon is suppressed at low concentration. The results show that the HVPE method can be used to control the pn periodic structure of 1 um. In the future, the number of cycles will increase and the thickness of the film will increase.