2020 Fiscal Year Research-status Report
超高濃度Al添加4H-SiCの抵抗率及びHall係数の温度依存性の物理モデル構築
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20K04565
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| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
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Principal Investigator |
松浦 秀治 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (60278588)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | SiC / IGBT / Al添加4H-SiC / 電気伝導機構 / Hall係数 / Hall係数の符号反転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiC Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)のp型4H-SiC基板（コレクタ）の低抵抗率化のために、アクセプタであるAlを高濃度添加した場合の伝導機構を調べた。高温領域では、すべての試料の電気伝導機構はバンド伝導であったが、低温領域での電気伝導機構はホッピング伝導機構であり、Al濃度が増加するに従って、最近接ホッピング（NNH）伝導から可変領域ホッピング（VRH）伝導に変化することが分かった。このようにホッピング伝導が変化する理由は、Siより共有結合半径が大きいAlを添加することにより、SiC結晶にひずみが生じ、禁制帯中に局在準位が多く形成されたためと考えられる。以上のように、高濃度Al添加4H-SiCでの電気伝導機構は、バンド伝導、NNH伝導とVRH伝導が並列であることが分かり、温度により最も抵抗率の低い伝導機構が測定できることが分かった。そして、Al添加により、NNH伝導よりVRH伝導の抵抗率が低くなり、VRH伝導が現れることが分かった。
さらに、バンド伝導領域ではホール係数が正を示し、p型半導体であることが示されたが、低温領域でのNNH伝導やVRH伝導のようなホッピング伝導では、p型半導体であるにも関わらず、ホール係数が負（つまり、n型の性質を表すよう）になることが実験的に分かった。
そこで、ホッピング伝導でのホール係数の符号に関する簡単な物理モデルを提案した。電界によるホッピング伝導は電子で考えても正孔で考えてもよいが、磁場により力を受けた荷電粒子が移動する先の大小関係により、磁場によりホッピングする荷電粒子が電子か正孔かが決まり、ホール係数の符号が決まることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
IGBTのコレクタとなるp型4H-SiC基板を、Al濃度が2.4×10^19から4.7×10^20 cm^-3の範囲で、CVD法で成膜した。すべての試料で、高温領域ではバンド伝導であることがわかった。一方、低温領域ではホッピング伝導であることがわかった。しかし、Al濃度が2.4×10^19から1.5×10^20 cm^-3ではNNH伝導であり、Al濃度が1.8×10^20から4.7×10^20 cm^-3ではVRH伝導であることがわかった。このようにホッピング伝導が変化する理由は、Siより共有結合半径が大きいAlを添加することにより、SiC結晶にひずみが生じ、禁制帯中に局在準位が多く形成されたためと考えられる。
Al添加したp型4H-SiCにおいて、バンド伝導である高温領域ではHall係数は正を示し、p型半導体であることを示している。一方、ホッピング伝導である低温領域ではHall係数は負を示し、あたかもn型半導体であるような結果を示した。
そこで、ホッピング伝導でのHall係数の符号に関して、簡単な物理モデルを構築し、p型半導体でもHall係数が負になることを明らかにした。
申請時には、ホッピング伝導でのHall係数の符号に関する物理モデルの構築は次年度以降になると考えていたため、「当初の計画以上に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
抵抗率の温度依存性とホール係数の温度依存性を比較・検討し、共通点を見つけ出す。そして、その関係を説明できる物理モデルを構築する。
伝導機構の変化には、Al添加によるSiCの格子間隔の分布の広がりが関係していると考えられる。そのため、4H-SiCのXRDの半値幅とAl濃度との関係を求め、伝導機構の変化との関係を調べる。
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| Causes of Carryover |
今年度必要な購入を行ったが、端数（840円）が残った。次年度に適切に使用する予定である
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[Presentation] Al濃度10^20 cm^-3台前半でのp型4H-SiCエピ膜の電気抵抗率の温度依存性とAl濃度との関係2020
Author(s)
近藤 佑樹, 竹下 明伸, 今村 辰哉, 高野 晃大, 奥田 和也, 日高 淳輝, 松浦 秀治, 紀 世陽, 江藤 数馬, 児島 一聡, 加藤 智久, 吉田 貞史, 奥村 元
Organizer
第81回応用物理学会秋季学術講演会
