gan自立基板を用いたショットキーダイオードの研究ohnolab.deca.jp/wp-content/lab_data/pdf_a/2011_s_tagami...2012/9/4...

2012/9/41

The University of Tokushima

GaN自立基板を用いたショットキーダイオードの研究

徳島大学大学院

先端技術科学教育部

大野研究室

田上

秀二郎

プレゼンター

プレゼンテーションのノート

GaN自立基板を用いたショットキーダイオードの研究と題しまして、大野研究室の田上が発表させていただきます。

2The University of Tokushima

背景

世界的なCO2削減の流れ-電気自動車の普及

-電気機器の省エネ化

-太陽電池の技術拡大

パワエレ技術の進歩-回路

-デバイス（パワーMOSFET,ダイオード等）

開発が急務Si系、GaAs系では

耐圧と抵抗の両立が困難

プレゼンター


近年、化石燃料の使用増加に伴う中、CO2削減の取り組みが盛んになっています。特に注目を浴びているのは石油を必要としない電気自動車や、電気機器の電源装置内部抵抗の低減。 Si系を主流とした太陽電池の技術拡大などがあげられます。これらの技術の中核となるのが、パワエレ技術の回路とその内部に組み込まれる、中・高耐圧で低抵抗を同時に維持できる半導体デバイスが必要とされ、その開発が急がれています。しかしSiやGaAsではその耐圧と低抵抗の両立が物性的に困難です。


GaNがもつ様々な特性

-高い破壊電界

-AlGaN/GaNヘテロ構造

-高電子移動度、高温動作

課題

-予期しないリーク電流

-理論から遠い耐圧

-コラプスなど不安定動作

ＧａＮ系電子デバイスのメリットと課題

n+

n+

n-

n-

ショットキー接触オーミック接触

Si

GaN

n+

n+

n-

n-

ショットキー接触オーミック接触

Si

GaN

1/10程度同性能における膜厚比

GaNを異種基板（サファイア、SiC、Si）に成長

2/DCB WEV絶縁破壊電圧：

=

32DON /4/WR CBDn nEVN μεｑμ

オン抵抗：==

結晶欠陥

プレゼンター


GaN系デバイスのメリットと現状の課題について説明します。GaNは様々な優れた特性をもっており、絶縁破壊電界がSiよりも約1桁大きいので、そのパワーデバイスの厚さも1/10にできます。また、ON抵抗は絶縁破壊電界の３乗に反比例することからGaNはSiの1/1000にでき、Ron*C積の観点からみても高周波での動作に有利です。次にSiCなどにはできないAlGaN/GaNヘテロ構造が可能であることから、デバイス構造の工夫が可能であること、また移動度が大きく高温動作にも優れているなどのメリットを有しています。しかし、課題としては熱電子放出モデルでは説明できないリーク電流の多さや、耐圧が理論に達しないこと、コラプスなどの信頼性などの問題が挙げられます。これには結晶欠陥が原因の一つとして考えられ、GaNを格子定数の異なる異種基板に成長させていることに問題があると思われます。


本研究の目的

低転位、GaN自立基板上GaNでショットキーダイオードを作製

-

表面処理プロセスによるデバイス特性の検討

- ON抵抗

-

リーク電流の評価・解析

-

耐圧の測定

-

高温状態におけるダイオード特性の確認と解析

I-V測定、C-V測定から ON抵抗、n値、φb

のダイオード特性を評価

GaN自立基板上のＧａＮショットキーダイオードの評価

プレゼンター


そこで本研究では低転位、GaN自立基板上GaNでショットキーダイオードを作製し以下のことを明らかにしていきます。１つめに転位の関係からリーク電流の評価・解析と耐圧の測定。次に高温状態におけるダイオード特性の確認と解析。そして、表面処理プロセスによるデバイス特性の検討を実施します。評価方法は、 I-V測定、C-V測定からON抵抗、n値、φb等のダイオード特性を評価することで、低転位GaN自立基板上GaNショットキーダイオードの評価を行っていきます。 GaN自立基板を用いたショットキーダイオードの評価を行う


発表概要

表面処理によるダイオード特性の検討

GaN自立基板上ＧａＮショットキーダイオードの作製と評価

ダイオード特性の温度依存性

総括

プレゼンター


発表の流れとしては4項目からなります。





総括

発表概要

プレゼンター


はじめに表面処理によるダイオード特性の検討を行いました。


ダイオード特性の表面処理依存性

SiCl4ガス

AlGaN/GaN HFETの素子間分離

mAオーダーのリーク電流

GaN表面のSi汚染

背景

表面処理による特性変化の検討表面ドライエッチングドライクリーニング酸処理

目的

GaN表面

n型Si汚染

GaN表面

n型Si汚染

プレゼンター


ダイオード特性の表面処理依存性を行った経緯は、過去にSiCl4ガスを用いたAlGaN/GaN HFETの素子間分離の研究を当研究室で行っていたことです。しかし絶縁したはずの部分からmAオーダーのリーク電流が生じたことから、その解析を行ったところ、GaN表面にSi汚染が確認されました。このことから、エッチングガスによりデバイスの特性に大きな影響を与えることがわかったため、表面処理による特性変化の検討を目的として、以下のプロセスを実施しました。


プロセスと表面処理の種類

Ni/AuTi/Al/Ti/Au Ti/Al/Ti/Au

3.5μm, 5×1017cm-3.

1μm, 1×1016cm-3

0.5μm, 2×1016cm-3

Sapphire

リソグラフィ

ウエハカット

O2

プラズマ

オーミック電極Ti/Al/Ti/Au（50/200/40/40）

850℃、1min, N2

表面エッチング（ICP, RIE)

HCl

ショットキー電極Ni/Au（70/30nm）400℃、10min、N2

表面処理

グループＡ：ドライエッチング（30nm程度）

SiCl4 SiCl4 SiCl4

+Cl2 Cl2 BCl3

- HNO3

:HF - - -

グループＢ：表面処理

O2プラズマ O2プラズマ UV O3 UV O3 なし

- HCl - HCl -

グループＡグループＢ

プレゼンター


プロセスの流れと表面処理の種類です。まず、グループAではSiCl4、SiCl4後に硝フッ酸処理したもの、SiCl4+Cl2、Cl2、BCl3の5種類のガスを用いました。プロセスはウエハカット後、これらの処理を行い、オーミック電極を蒸着し窒素アニール、リソグラフィ後にO2プラズマ、HCl処理を施し最後にショットキー電極を蒸着、窒素アニールを行いました。グループBはO2プラズマ、O2プラズマ処理後にHCl洗浄したもの、O3 (UV)処理、O3 (UV)処理後にHCl洗浄したもの、表面処理なしのものでこちらも5種類です。プロセスはウエハカット後にオーミック電極とアニールをし、リソの後にこれらの処理を行い、ショットキー電極を蒸着、アニールを行いました。


逆方向I-V測定

UV O3処理で最もリーク小

処理なしで大きいリーク

SiCl4にはばらつき大

SiCl4+HF:HNO3処理でリーク電流小

BCl3ガスにはリーク大（ダメージ大）

グループA グループB

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

0.0001

0.001

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2Voltage(V)

Curr

ent(

A)

SiCl4

SiCl4+HF:HNO3

SiCl4+Cl2

Cl2

BCl3

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

0.0001

0.001

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 Voltage(V)

Curr

ent

(A)

O2

O2+HCｌ

UV O3

UV O3+HCｌ

処理なし

プレゼンター


逆方向I-V測定の結果です。グループAでは、 SiCl4にばらつき大きく、リーク電流が最も小さいのはSiCl4+硝フッ酸処理でした。また、BCl3ガスにはリーク電流が大きいことから、ダメージ大きいことが予想されます。グループBはO3処理で最もリーク小さく、逆に表面処理を施していないものではリーク電流が大きくなりました。


グループＡのn値、φb

の変化

Cl2ガスでn値が小さい

SiCl4+Cl2ガスで良好なφb、n値小

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

1 1.1 1.2 1.3

φb(eV)

n値

SiCl4

SiCl4+HF:HNO3

SiCl4+Cl2

Cl2

なし

プレゼンター


このグラフは、グループAのダイオード特性n値とφbの変化を示したものです。 SiCl4+Cl2ガスで良好なφb、n値が小さく、 Cl2ガスでn値が小さいことがわかりました。また、これらのガスではバラつきがほとんど見られませんでした。


グループBのn値、φb

の変化

UV O3、O2+HCｌ処理でn値、φb良好、バラつきが少ない

表面処理なしではn値が大きく、φbが小さい

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

1 1.1 1.2 1.3φb(eV)

n値

なし

O2

O2後、HCl

UV O3

UV O3後、HCl

プレゼンター


グループBです。 O3処理、O2+HCl処理でn値、φb共に良好で、バラつきが少ない結果になりました。逆に表面処理なしではn値が大きく、φbが小さいことからデバイス作製の際になんらかの表面処理が必要であることがわかりました。


表面処理のまとめ

表面処理によるプロセス検討を実施

HF:HNO3はSi汚染の除去に有効

O2プラズマ処理後にHCl処理が特性向上に有効

UV O3表面処理で特性の向上に有効

プレゼンター


まとめです。表面処理によるプロセス検討を実施し、リーク電流⇒SiCl4+硝フッ酸処理、O3処理で小さく、n値の低いものは⇒Cl2系ガス、O3処理したものです。(1.07~1.17程度)バラつきの少ないものはCl2系ガス、O3処理、O2+HCl処理を施したものでした。


発表概要




総括

プレゼンター


次にGaN自立基板上GaNショットキーダイオードの作製と評価について発表します。


エピ構造

Ti/Al/Ni/Aut:300μmρ:0.01Ωcm，

n-GaN

ND

:6~8×1015cm-3, ｔ：5μm

SiN

500nm

n-GaN

n-GaN

ND

:6~8×1015cm-3, ｔ：5μm

SiN

500nm

Sapphire

従来、出来なかった縦型構造が可能

パッシベーション膜(SiN) 500nm堆積

基板層抵抗率 0.01Ω･cm

GaN自立基板従来のサファイア基板上GaN

※住友電工、共同研究

種類 GaN サファイア

転位密度（cm-2） 4×106 2.9×109

プレゼンター


今回使用したエピは次の2種類で、GaN自立基板GaNと従来のサファイア基板上GaNです。両者の転位密度はGaNで4106サファイアで2.9109です。 GaN基板層の抵抗率は0.01Ω・cmです。


GaN基板縦型構造

オーミック電極(スパッタ)

Ti/Al/Ti/Au

(50/200/40/40nm)

オーミックアニール

(850℃、1mim、N2

)

ショットキー電極(スパッタ)

Ni/Au(70/150nm)

FP用絶縁膜部分ウェットエッチング

(BHF, 2min)

ポストアニール(400℃、10min、N2

)

アノード

デバイス構造とプロセス

n-GaN

Sapphire

Ti/Al/Ti/Au Ti/Al/Ti/Au

サファイア基板横型構造

/Ni/Au

プレゼンター


デバイス構造とプロセスです。こちらが、GaN自立基板を用いたGaN基板縦型構造で、サファイア基板上にGaNを成長させて形成したサファイア基板横型構造です。プロセスはFP用絶縁膜部分ウェットエッチングを行った後に、オーミック電極を蒸着し窒素アニールを行い、ショットキー電極を蒸着し最後にポストアニールをしました。


0.0E+00

5.0E-09

1.0E-08

1.5E-08

2.0E-08

2.5E-08

3.0E-08

3.5E-08

4.0E-08

-30 -20 -10 0Voltage(V)

Cap

acit

ance [

F/cm

2]

GaN

サファイア

不純物濃度：Nd=6～8×1015 cm-3

C-V測定

0.0E+00

5.0E+15

1.0E+16

1.5E+16

2.0E+16

0 0.5 1 1.5 2Depth(um)

Nd (

cm

-3)

GaN

サファイア

測定周波数

1MHz

プレゼンター


C-V測定結果です。これらのグラフより不純物濃度がNd=6～8×1015 cm-3、ショットキー障壁高さが0.92eVであることがわかりました。


0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

Voltage(V)

Curr

ent(

A)

GaN

サファイア

I-V測定

ON電圧

(100mA/cm2) ON抵抗

GaN 0.9

V 6.7Ω

サファイア 0.95

V 20.9Ω

約4桁のリーク電流の違い

ショットキー電極の直径160μm

1E-131E-121E-111E-101E-091E-081E-071E-061E-050.00010.0010.010.1

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

Voltage(V)

Curr

ent(

A)

GaN

サファイア

プレゼンター


I-V測定です。こちらのグラフよりGaN基板縦型構造で最小ON抵抗6.7Ω、サファイア基板横型構造では20.9Ωとなりました。立ち上がり電圧については両者に違いはありませんでした。リーク電流は-5v付近で約2ケタの差がでました。これは転位による影響だと考えられます。


Au

各部の抵抗

基板層抵抗

活性層測定器R1

R2

R3

R5

R4

活性層R1

: 3.2Ω

基板層抵抗R2

: 1.5Ω

コンタクト抵抗 R3

:1Ω以内

銅線抵抗 R4

+R5

:約1Ω

他:GaNバッファ層抵抗

基板層抵抗率 0.01Ω・cm基板層厚さ

300μm活性層不純物濃度 8×1015cm-3

活性層移動度 500cm2/Vs活性層厚さ 5μmショットキー電極直径160μm

/Ti/Au

総ON抵抗

6.7Ω程度

プレゼンター


次に縦型構造の各部における抵抗を導出しました。GaN基板層の抵抗が0.01Ω・cmで直系ダイオード面積160μm、活性層の不純物濃度が8×1015 cm -3より活性層抵抗R1は3.2Ω、基板層抵抗R2は1.5Ω、コンタクト抵抗1Ω以内、銅線抵抗R4+R5は約1Ω、他にGaN成長層界面にも若干ですが抵抗が存在します。総ON抵抗は6.7Ωより理論とほぼ同値であることがわかります。


電流密度の面積依存性

両者の面積依存性に顕著な違い

電流集中によるもの

サファイア横型構造ＧａＮ縦型構造

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Voltage(V)

Curr

ent

Densi

ty(A

/cm

2)

160φ

250φ

350φ

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Voltage(V)

Curr

ent

Densi

ty (

A/cm

2)

160φ

250φ

350φ

プレゼンター


これらのグラフは電流密度の面積依存性を示したものです。GaN縦型構造ではダイオード面積に比例して電流密度が増加していますが、サファイア基板横型構造では面積に電流密度が依存していないことがわかります。これは電流集中によるものだと考えられます。


GaN

活性層

基板層

A

C

GaN

活性層

サファイア

AC

縦型の電流は面積に比例

金属のエッジ破壊が生じにくい

電流集中

電流の均一

パワーデバイスに向く

電流集中が与える影響

プレゼンター


このように縦型構造では電界が均一にかかるため、電流密度が面積に依存しますが、横型構造では金属エッジ端に電流が集中するため面積依存しにくくなると考えられます。このことから、GaN自立基板縦型構造はパワーデバイスに向いているといえます。


フィールドプレート（FP）効果

GaN基板の低電界リーク電流はサファイア基板より小さい

FPによるリーク電流の低減

FPありで耐圧-450V以上を達成

FPによるエッジ電界の緩和

1.0E-121.0E-111.0E-101.0E-091.0E-081.0E-071.0E-061.0E-051.0E-041.0E-031.0E-021.0E-011.0E+00

-500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0Voltage(V)

Curr

ent(

A)

サファイア FPなし

GaN　FPなし

GaN　FPあり

プレゼンター


次に耐圧とリーク電流について述べます。こちらの逆方向I-V特性より、GaN基板ではサファイア基板よりも低電界のリーク電流が小さいことがわかります。また、FPなしのピンク色のカーブとFPありの緑色のカーブでリーク電流に大きな差がでていることがわかります。GaN FPありでは耐圧が-450V以上を達成しました。これはFPによるエッジの電界緩和が考えられます。これらのことから、耐圧とリーク電流低減にはFPの効果が大きいことがわかります。


理論耐圧とリーク電流考察

ホッピングによるリークの可能性

低電界におけるリーク電流

Bd

sD

Bd

sB

VqN

W

EqN

V

0

20

2

2

εε

εε

=

=

B

BD E

VW 2=

理論耐圧の導出

※EB

=200V/μm

WD

=5μm

VB

=500V

転位 ⇒ 準位が多数存在 ⇒ これを介してリーク

プレゼンター


理論耐圧と、リーク電流の考察をします。空乏層を境界条件としたポアソン方程式より、破壊電圧と空乏層幅の関係がこのように表されます。これらの式より理論耐圧は絶縁破壊電界を200V/μm、空乏層幅5μmとすると500Vとなり、実測と近いことからGaN基板ショットキーダイオードの結晶性が良いことがいえます。次に、低電界におけるリーク電流の要素について説明します。今回の測定結果より、GaN基板ショットキーダイオードの低電界におけるリーク電流がサファイア基板のものよりも小さいことがわかりました。低電界ではトンネルによるリークではなく、ホッピングによるものだと考えられます。転位が大きくなると、準位が存在し、これを介してリークし、こちらの図のようにホップしながら流れると考えられます。


GaN自立基板GaNショットキーダイオードのまとめ

GaN自立基板上ＧａＮショットキーダイオードの作製

ＯＮ抵抗6.7Ω

低電界域でリーク電流に顕著な差

縦型構造で電流密度が面積依存しやすい傾向

FPありの構造で-450V以上を達成

プレゼンター


まとめです。GaN自立基板上GaNショットキーダイオードの作製をしました。その結果、ON抵抗が6.7Ωで低電界域でのリーク電流に顕著な差がでました。また、縦型構造では電流密度が面積に依存しました。FPプレートありの構造では-450V以上の耐圧を達成しました。


発表概要

GaN自立基板の特性と評価

表面処理によるダイオード特性の調査


総括

プレゼンター


次に、ダイオード特性の温度依存性について述べます。



暗幕

シース型K熱電対(クロメル、アルメル)

プローバ(共和理研製)

出力電源装置(agilent社製)

PCシリコンラバーヒータ

(60W)

GP-IB (agilent社製)

プローバ

(共和理研製)(Excel VBA)

温度計測器 USB-TC

(MEASUREMENTCOMPUTING社製)

PC 暗幕

シース型K熱電対(クロメル、アルメル)

プローバ(共和理研製)

出力電源装置(agilent社製)

PCシリコンラバーヒータ

(60W)

GP-IB (agilent社製)

プローバ

(共和理研製)(Excel VBA)





PC

使用デバイス

温度制御システム概略図

測定方法

-8～2V、0～-60V

室温、100℃、200℃

プレゼンター


半導体デバイスは動作させ続けると、高温になります。温度上昇すると散乱による移動度の低下で、ON抵抗が増加します。今回、作製したデバイスで温度による影響がどの程度あるかを調べました。温度測定に用いたデバイスをこちらに示します。測定方法は、こちらの図にありますようにPID制御を用いて温度制御を行いました。 I-V測定範囲は-8~2V、0～-60Vです。温度条件は室温、100℃、200℃の3点です。


I-V特性

0

0.01

0.02

0.03

0 0.5 1 1.5Voltage(V)

Curr

ent(

A)

サファイア

RT

100℃

200℃

RT

100℃

200℃

GaN

温度上昇によって抵抗増加（移動度低下）

GaN基板でON抵抗の増加割合が小さい

0

5

10

15

20

25

30

35

200 300 400 500

Absolute temperature (K)

ON r

esist

ance

(Ω

)

ＧａＮ

サファイア

プレゼンター


こちらの図に各温度におけるI-V測定結果を示します。図からわかるように高温にすることでON抵抗が増加していることがわかります。右の図は温度と抵抗の増加をプロットしたものです。注目すべき点として、GaN基板ではON抵抗の増加割合が小さかったのに対し、サファイア基板では200℃においては特に大きく増加したことです。


高温状態における抵抗増加について

Ti/Al/Ni/Auρ:0.01Ωcm

n-GaN

ND

:6~8×1015cm-3, ｔ：5μm

SiN

500nm

n-GaN不純物濃度が1018cm-3以上

移動度が元々低い(100～200cm2/Vs)

下がる割合が低い

プレゼンター


この増加割合が異なる原因の一つとして、GaN基板層の不純物濃度が影響していると考えられます。基板層の濃度は1018cm-3であることから移動度は100～200cm2/Vs程度と見積もられます。ですので、高温にしても元の移動度が小さいことから、サファイア基板よりも下がる割合が低いと考えられます。


1.00E-09

1.00E-08

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

0 100 200 300

degree(℃)

Curr

ent(

A)

GaNSapphire

1.00E-09

1.00E-08

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

0 50 100 150 200 250

degree(℃)

Curr

ent(

A)

GaN

Sapphire

室温における低電圧、高電圧双方でGaN基板上のリークが少ない

高温状態ではリーク電流の差は見られない（転位との関係がなくなった）

温度とリーク電流

-4V印加時のリーク電流 -30V印加時のリーク電流

プレゼンター


次に各温度での、-4V、-30Vのリーク電流をプロットしたものを示します。両者を比較しますと、室温における低電圧、高電圧双方でGaN基板上のリーク電流が小さいことがわかります。しかし、高温にするほどサファイアとのリーク電流に差がみられないことがわかります。このことから、高温状態では転位による影響がなくなることがわかりました。


高温におけるリーク電流考察

Ec

Ef

qφb

metal semiconductor

Ea Field-emission tunneling

Hopping conduction

Trap-assisted tunneling

熱エネルギーをもった電子

準位を介して薄層化した空乏層をリークする

高温ではホッピングによるリークが主流ではなくなる

プレゼンター


高温状態では熱エネルギーにより活性化された電子が存在します。準位を介して薄層化した空乏層をリークし、ホッピングによるリークの影響が弱まると予想されます。


高温測定のまとめ

高温状態でのダイオード測定を実施

高温にするとON抵抗の増加割合に大きな差

⇒200℃で3倍程度のON抵抗増加割合

基板層材料の影響

転位に関係しないリーク電流

プレゼンター


まとめです。高温状態でのダイオード測定を実施しました。結果、GaN基板では200℃の状態でI-V測定を行うとON抵抗がサファイア基板よりも1/3程度の増加となりました。これは基板層の影響があると思われます。また、高温状態では転位に関係しないリーク電流の存在が明らかになりました。


総括

GaN自立基板を用いてショットキーダイオードの作製

耐圧-450V以上を達成

低電界時のリーク電流が少ないGaN結晶性が良好なため

表面処理によるダイオード特性の調査

O2+HCｌ, UV O3表面処理で低リーク電流、低n値

ダイオード特性の温度依存性GaN基板で、高温状態でもON抵抗増加率が低い

高温時、転位に依存しないリーク電流

GaN自立基板ショットキーダイオードは高温・高耐圧のパワーデバイスとして有効

プレゼンター


総括です。表面処理によるダイオード特性の調査をした結果、 O2処理後のHCl洗浄, O3表面処理で低リーク電流、低n値となりました。2章ではGaN自立基板GaNを用いてショットキーダイオードの作製しました。耐圧-450V以上を達成し低電界時のリーク電流が少ないことがわかりました。最後にダイオード特性の温度依存性を調べました。GaN基板で、高温状態でもON抵抗増加率が低いこと、しかし、高温時、転位に関係しないリーク電流が存在しました。これらのことからGaN自立基板ショットキーダイオードは高温・高耐圧のパワーデバイスとして有効であるといえます。今後、表面処理によりデバイス特性のさらなる改善が見込まれると思われます。以上で発表を終わります。


r2π･

dRsR sem =

シート抵抗定義

rrAR 1

c1 ρ･=

1csem RRR +=

Rc１

d

r

R:ON抵抗

Rsem：半導体抵抗

Rc1

:コンタクト抵抗

Rs

：シート抵抗

ρ=1Ωmm

Sapphire

:rc1

=103μm

GaN:

rc1

=80μm

Rs(Ω) Rc1(Ω)

GaN

300K 627.66

2.51373K 937.30

473K 1111.47

sapphire

300K 1149.97

3.3373K 1584.50

473K 2878.83


アレニウスプロットによる準位の導出

GaN

Sapphire

EC-EF=0.040ev

EC-EF=0.063ev

y = -472.36x + 8.046

y = -746.15x + 9.4819

6

6.2

6.4

6.6

6.8

7

7.2

7.4

7.6

7.8

8

1/500 1/400 1/333

絶対温度(1/T)

抵抗

(lnRs)

GaN

Sapphire

teNcTkEEcRsB

F

00

1ln1lnμ

+−

=

シート抵抗の増加割合に差がでる


GaN

活性層

基板層

Ni/AuTi/Al/Ti/Au Ti/Al/Ti/Au

約100程度まで上昇

デバイス動作時

基板材料

GaN

サファイア

材料熱伝導率（W/mmk）

GaN 0.13

サファイア 0.042

SiO2 0.13

SiC 0.3

サファイアとGaNの熱電導度の違い


0

0.01

0.02

0.03

0 0.5 1 1.5Voltage(V)

Current(A)

サファイア

RT

100℃

200℃

RT100℃

200℃

GaN


ＧａＮ基板上の方は増加率低い

ＧａＮ

⇒

100℃ で19.8％、

200℃で55％

Sapphire

⇒

100℃で29.2%、

200℃で148％


理想因子

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

250 300 350 400 450 500

degree(K)

n

GaN

sapphire

理想因子、ショットキー障壁の関係

ショットキー障壁

0.8000

0.8200

0.8400

0.8600

0.8800

0.9000

0.9200

0.9400

250 300 350 400 450 500

degree(K)Sch

ott

ky B

arr

ier（

V）

GaN

Sapphire


サファイア

1.0E-12

1.0E-10

1.0E-08

1.0E-06

1.0E-04

1.0E-02

1.0E+00

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

Voltage(V)

Cur

rent

(A)

室温

100℃

200℃

サファイア基板リーク電流 GaN基板リーク電流

1.0E-12

1.0E-10

1.0E-08

1.0E-06

1.0E-04

1.0E-02

1.0E+00

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

Voltage(V)

Curr

ent(

A)

室温

100℃

200℃

gan自立基板を用いたショットキーダイオードの研究ohnolab.deca.jp/wp-content/lab_data/pdf_a/2011_s_tagami...2012/9/4...

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