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。

在这项研究中，我们的目标是通过制造 HVPE 的厚 pn-GaN 周期性结构并开发其工艺技术来制造 SJ 结构。首先，我们将讨论晶体生长的问题。在GaN的pn周期结构中，Mg用作p型掺杂剂。由于Mg受到生长反应器内的偏析现象和记忆效应的影响，因此在p-GaN生长之后，Mg扩散到n-GaN层中。在这项研究中，我们试图通过物理分离生长反应器中 p-GaN 和 n-GaN 生长的区域来消除 Mg 的记忆效应。首先，使用HVPE方法制造npn-GaN结构。每个膜的厚度为1μm。使用SIMS测量Mg的深度分布，结果发现，当Mg浓度高达约7×10^19cm-3时，观察到Mg的偏析。此时，Mg浓度下降1个数量级所需的膜厚约为150nm。此外，Mg 单调下降，在大约 600-700 nm 处下降了 5 个数量级。据报道，在传统的MOVPE法和HVPE法中，除了由于偏析而导致约100nm/数量级的减小之外，还叠加了约600nm/数量级的衰减。前面提到的前者是由于偏析现象，后者是由于记忆效应。这些结果表明，这种生长方法能够实现几乎消除炉内记忆效应的生长。接下来，当Mg浓度降低至约7x10^17 cm-3时，发现其在约50 nm/digit处急剧下降。这种差异被认为是由于据报道镁的固溶度极限约为 2x10^18 cm-3，并且在低浓度下抑制了偏析现象。该结果表明，使用HVPE方法可以制造约1um的非常陡的pn周期结构。未来，我们的目标是通过增加周期数和使薄膜更厚来创建 SJ 结构。