2021 Fiscal Year Annual Research Report
原子レベルの欠陥制御に資する計算手法の開発とパワーデバイス用半導体への適用
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19K05294
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| Research Institution | Okayama Prefectural University |
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Principal Investigator |
末岡 浩治 岡山県立大学, 情報工学部, 教授 (30364095)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 秀和 千葉工業大学, 工学部, 教授 (00581141)
中塚 理 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334998)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | パワーデバイス / 欠陥制御 / 計算手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の全体構想は，点欠陥の熱平衡濃度に与えるドーパントと不純物の影響，さらに各要素間の結合エネルギーについて，実験パラメータを用いることなく算出可能な手法として開発した“箱庭法”により計算し，その結果を結晶成長の連続体シミュレーションに組み込むことで形成しうる欠陥種と濃度を予測可能な計算手法へと発展させ，それを適用してSi，SiC，GaNなどパワーデバイス用半導体の高品位化に貢献することである．
2021年度は，SiパワーMOSFET用超高濃度Pドープn型Si結晶に関して，格子間Pの凝集や原子空孔（V）を含むP4Vの形成などに関する第一原理計算を行った．その結果から格子間PやP4Vの熱平衡濃度を求めた結果，格子間Pは置換Pの0.1%程度，P4Vは置換Pの50%程度の熱平衡濃度を有することがわかった．
つぎに，IGBT用パワーデバイス用SiウェーハにおけるHイオン注入を考慮して，Hによるキャリアライフタイムの制御について検討した．その結果，ライフタイム制御欠陥に悪影響を与える格子間炭素（Ci）と格子間炭素-格子間酸素複合体（Ci-Oi）がHと強く結合することから，Hイオン注入により，CiとCi - Oiによるライフタイム制御欠陥への悪影響を抑制できる可能性を指摘した．
さらに，GaNについて，原子空孔（V）と自己格子間原子（I）の形成エネルギーに関する計算も行った．主要な結果として，V(Ga)-I(Ga)ペアよりもV(N)-I(N)ペアの方が安定であることがわかった．なお，SiCに関しては信頼性の高い結果を得ることができず，今後の課題として残った．
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