2015 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 |
塩化アルミ水溶液中の発光スペクトルの測定では，コア径600um，先端ポート径660umの光ファイバを用いて，ドーピング領域から数10umの距離に近接させて測定を行った．その結果，Cl+イオン，C+からと思われるスペクトルのピーク（492, 520, 724 nm）を観測できた．しかし，ドーパントであるAl励起種からのスペクトルは検出できなかった．
一方，Al膜への大気中レーザ照射を用いたドーピングでは，Al原子，Alイオンからのスペクトルピークが観測された．発光スペクトルの解析から，Alプラズマの電子温度： 2.1 eV， 電子密度： > 8.7 × 10＾15 /cm＾3が導き出された．このAlプラズマがレーザのエネルギーを吸収し，AlプラズマからAl膜へ電子熱伝導などにより熱が伝達され，超高温の溶融AlがSiC上に生成し，それがAlドーピング源となっていると考えている．
さらに，レーザ誘起した溶融Alによるドーピングを用いて，JBS(junction barrier Schottky)ダイオードの試作を行った．SiC上にSiO2膜によりマスクパターンを形成し，その上にAl膜を堆積してレーザ照射することで，ストライプ状にp型ドーピングを行った．試作したJBSダイオードは，pnダイオードよりも順方向立ち上がり電圧が低く，逆方向リーク電流は，Schottkyダイオードよりも1桁程度低かった（3.18mA/cm^2 @ －100V）．これらの傾向は，JBSダイオードとしてリーズナブルである．今後，ガードリングなど耐圧維持のための構造をJBSのマスクレイアウトに追加し，逆リーク電流の低減，耐圧の向上を行っていく．
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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
ドーピング機構解明を目指して，発光スペクトルを用いたドーピング時の測定を行った．先端径の細い光ファイバを用いて，ドーピング領域の極近傍に近接させることで，塩化アルミ水溶液中での励起種からのスペクトル測定に成功した．ただし，今のところはCl+, O+ イオンからの発光のみで，Al励起種からの発光スペクトルは観測されていない．
一方，大気中Al膜へのレーザ照射の場合は，Al原子，Alイオンからの発光スペクトルのピークが観測され，そのスペクトル解析から，高密度，高温のAlプラズマがSiC直上に発生していることがわかった．このAlプラズマがレーザのエネルギーを吸収し，Al膜に熱を伝達することで，超高温の溶融AlがSiC上に生成されていると考えている．
また，本ドーピング技術の応用として，レーザ誘起した溶融Alによるドーピングを用いて，JBSダイオードの試作を行った．試作したJBSダイオードは，さらなるリーク電流値の低減，高耐圧化が望まれるが，pnダイオードよりも低いON電圧，Schottkyダイオードよりも低い逆リーク電流を示し，本ドーピング技術の実用化の可能性を示すことが出来たと考えている．
以上のような研究成果から，本研究はおおむね順調に推移していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
JBSダイオードやpnダイオードへの適用を考えると，より深い（~500nm）Alドーピングが求められる．塩化アルミ水溶液中でのレーザドーピングについて，これまではレーザのショット数やフルーエンスを増やしても，不純物のドーピング深さが~40nm程度と浅かった．これは，レーザビームの尖塔値が高く，ショット数を増やすとSiC表面のアブレーションも増加してしまうためである．また，１パルスあたりのビーム照射時間が短い（~55ns）も原因の1つである．そこで，KrFエキシマレーザ装置の光路上にビームスプリッタを取り付けてビームを2光路に分岐し，光路差をつけてSiCに照射することで，ビームの尖塔値の低減と1パルスあたりの照射時間の増加を図った．その結果，ショット数を増やしてもSiC表面はアブレーションされることなく，より深いドーピングが実現できた（塩化アルミ水溶液中，10 shotsでAl表面濃度：1×10＾19 /cm＾3，Al侵入深さ~150nm）．2016年度は，このパルス幅を長くしたビームを用いて，塩化アルミ水溶液でAlをドーピングし，pnダイオード特性の評価やJBSダイオードの試作を行う予定である．また，ドーピング時の発光スペクトルの測定にもトライする．ビームパルス幅の増大に伴い，プラズマの発光時間も長くなると予想され，Al励起種のスペクトルピークが測定できる可能性があると考えている．
一方，大気中Al膜への照射を用いたドーピングでも，これまでのエキシマレーザ装置に代えて，ビームパルス幅の長いレーザ装置をもちいて実験を行う．予備実験ではパルス幅の長いレーザビームを用いることで，Alの侵入深さ：～500nmを達成している．今後，ビーム条件の最適化や，ビーム照射後のSiC表面の残渣洗浄の検討を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
物件費について，年度当初の見積額から，実際に購入したときの額が変わったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2016年度に配分予定の補助金と合算して，必要な消耗品（SiCウエハ等）の購入に当てる予定である．
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