2014 Fiscal Year Research-status Report
ドーピング時の発光測定を用いたSiCへのウエットケミカルレーザドープの機構解明
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26420309
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
池田 晃裕 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 助教 (60315124)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | レーザドーピング / 4H-SiC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルミやリン，窒素など，不純物を含有した溶液中で，SiCにエキシマレーザを照射することで，従来報告されている熱拡散速度では説明のつかない高速ドーピング現象が確認された．その機構を解明するため，ドーピング時の発光解析を行った．
塩化アルミ，及びリン酸水溶液を用い，ドーピング時のSiC表面での発光強度の時間変化を，フォトダイオードとオシロスコープ，UVカットフィルタにより測定した．測定された時間波形は，レーザ光よりも長い発光時間（～1.5倍）であり，また，レーザ光の照射の終了時付近に発光強度のピークがあった．このことから，溶液中に発光励起種を伴うプラズマが発生したと考えている．
さらに，光ファイバを塩化アルミやリン酸水溶液中に固定し，分光測定を試みた．発光スペクトルは350～800nmに渡るブロードなものとなり，プラズマ中の励起種からのスペクトルは観察できなかった．発光強度が非常に微弱で，光学系からの蛍光ノイズに埋もれたと考えられる．
さらに，より深いドーピングを目指して，溶液の検討も行った．塩化アルミやリン酸水溶液を用いた場合，レーザ条件を変えても，ドーピング深さは30～40 nmと浅い．レーザをSiC上のアルミ膜に大気中で照射することで，超高温の溶融アルミをSiC上に生成し，それをドーピング源として用いた．アルミの沸点は大気圧で～2800 Kであり，非常に高温の溶融アルミがSiC上に生成できる．
レーザ照射時に溶融アルミがSiC表面に存在するように，アルミ膜厚を最適化することで，220 nmの深さまでアルミを導入できることを確認した．表面のアルミ濃度も1×10E21 /cm^3 以上と非常に高濃度である．このアルミ膜を用いたドーピング時の発光スペクトルを測定したところ，励起状態のアルミ原子やアルミイオンからのスペクトルが，明瞭に観測された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
溶液中レーザ照射によるSiCへの高速ドーピングの機構解明を目指して，ドーピング時の発光測定を行った．塩化アルミ，及びリン酸水溶液を用いた場合，ドーピング時のSiC表面での発光強度の時間変化から，ドーピング時に発光励起種を伴うプラズマが発生していることを示唆する結果が得られた．しかし，光ファイバを用いた分光測定は，発光強度が微弱で，レーザ光による光学系からの蛍光ノイズに埋もれ，発光励起種からのスペクトルは観測は出来ていない．
一方で，ドーピング源をレーザによる溶融アルミとした実験では，塩化アルミ水溶液よりも深いアルミのドーピングが可能であり，また，ドーピング時に発生する励起状態のアルミ原子やアルミイオンからの発光スペクトルの観察に成功ている．
塩化アルミ，リン酸水溶液では，ドーピング時の分光測定に向けて，今後改善が必要であるものの，ドーピング源をレーザ溶融アルミとすることで，より深いドーピング，及び励起状態のアルミ原子，イオンからの発光スペクトルの測定に成功しており，おおむね，研究は順調に推移していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
塩化アルミ水溶液，リン酸水溶液を用いた場合，レーザドーピング時の分光測定が出来ていない．これは，用いた光ファイバのポートの径が5 mm 程度と大きく，ドーピング領域に近接できていないためと考えている．そこで，先端径が500 um 程度の細い光ファイバを用いて，よりドーピング領域に近接させることで，分光測定が出来ないか，試みる予定である．
また，アルミのレーザドーピングを用いて，JBSダイオードの試作を行う計画である．溶液として塩化アルミ水溶液を用いた場合，レーザ照射条件を調整しても，アルミのドーピング深さは40 nmと非常に浅く，JBSダイオードへの適用は難しい．2014年度に，レーザ溶融アルミをドーピング源として用いることで，深いアルミドーピングを実証している．2015年度は，この溶融アルミによるレーザドーピング手法により，JBSダイオードの試作を試みる．
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