Två år senare var han tillbaka på Campus Valla i Linköping för att inleda forskarstudier i fysik. Han disputerade vid Linköpings universitet i maj 1982 på avhandlingen Formation and characterization of titanium nitride and titanium carbide films prepared by reactive sputtering.
År 1998 erbjöds Sundgren anställning som rektor för Chalmers tekniska högskola med ett förordnande till november 2006. Ett år före förordnandets utgång meddelade dock Sundgren att han tackat ja till ett uppdrag i Volvos koncernledning för att där ansvara för teknik- och forskningsfrågor samt emissions- och miljöfrågor. Sundgren efterträddes 2006 på rektorsposten av Karin Markides.
Forskning
Sundgrens forskning inom tunnfilmsfysiken tog sin början under ledning av tunnfilmspionjären professor Stig Hagström, för vilken Sundgren författade sitt examensarbete och påbörjade sina doktorandstudier. Hans senare forskning har dels bestått i nyfikenhetsforskning kring uppbyggnaden av tunna ytskikt, dels i tillämpade studier av hårda och nötningsbeständiga skikt. Mer än 25 doktorander har examinerats under Sundgrens handledning. Han erhöll Jacob Wallenbergs stipendium 1984, och 1995 blev han förste europé att få motta the John Thornton memorial award.
