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

阐明氮化镓的雪崩击穿特性以实现超低损耗功率器件

基本信息

批准号：
18J20080
负责人：
前田拓也
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

今年，为了阐明氮化镓（GaN）半导体的雪崩击穿特性，我们致力于测量碰撞电离系数及其温度依赖性。我们制作了耗尽层主要从p-n结界面向p层侧扩展的GaN p-/n+结二极管，并测量和分析了在短于/长于基本吸收边的波长的光照射下的光生电流。（~365 nm）通过这样做，我们发现了电子注入和空穴注入期间的雪崩倍增系数。通过分析获得的倍增系数，我们成功提取了223-373K温度范围内GaN电子和空穴的碰撞电离系数。使用经验公式对所获得的碰撞电离系数进行建模，并使用所获得的碰撞电离系数公式（参数）模拟GaN的理想介电击穿特性。当我们模拟不同掺杂浓度的GaN p-n结的击穿电压时，我们成功地再现了过去报道的GaN功率器件的击穿特性。根据获得的击穿电压，使用经验公式对击穿电场的掺杂密度依赖性进行建模。我们还进行了模拟并详细讨论了电介质击穿特性的温度依赖性、击穿电压维持层的极性依赖性以及膜厚度依赖性。这些结果已提交并接受给 J. Appl。

项目成果

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专利数量（0）

Shockley-Read-Hall Lifetime in Homoepitaxial p-GaN Extracted from Recombination Current in GaN p-n+ Junction Diodes

从 GaN p-n 结二极管的复合电流中提取的同质外延 p-GaN 的肖克利雷德霍尔寿命

DOI：
10.7567/1347-4065/ab07ad
发表时间：
2019
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
T. Maeda;T. Narita;H. Ueda;M. Kanechika;T. Uesugi;T. Kachi;T. Kimoto;M. Horita and J. Suda
通讯作者：
M. Horita and J. Suda

Forward thermionic field emission current and barrier height lowering in heavily-doped 4H-SiC Schottky barrier diodes

重掺杂 4H-SiC 肖特基势垒二极管中的正向热电子场发射电流和势垒高度降低