ウェットレーザドーピング技術の創生

• 研究課題/領域番号: 16H02342
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 浅野 種正 九州大学, 日本エジプト科学技術連携センター, 特任教授 (50126306)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円); 2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2016年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
• キーワード: 炭化シリコン / パワーデバイス / ドーピング / レーザードーピング / オーミック接触 / レーザーアニール / 接触抵抗 / ワイドギャップ半導体 / 液中レーザー照射 / レーザー加工 / レーザープロセッシング / SiC / JBSダイオード / レーザプロセッシング / 液中レーザ照射

研究成果の概要

炭化シリコン(SiC)半導体を対象に、電気活性原子を半導体中に導入するための新しい手法を考案し、その製造技術への応用可能性を研究した。半導体を導入したい元素を含む溶液中に浸した状態、あるいは半導体表面を導入元素を含む薄膜で被覆した状態でレーザー光を照射する方法である。研究の結果、原子の導入機構について多くの学理的知見を獲得すると共に、従来法に比べて大幅に縮減した工程で高い濃度の原子を炭化シリコンの表面に導入でき、領域選択導入を利用したダイオードの製造が可能であることを示した。また、トランジスタの電力損失の要因である金属配線との接触抵抗を従来法に比べて1/100程度まで低減できることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球環境問題を背景に、自動車等のモビリティーの電気動力化に向けた技術開発が急速に進むと共に、電力制御機器の一層の小形化・高効率化に対する要求が高まっている。炭化シリコン(SiC)等のワイドギャップ材料を用いた半導体素子は、これらの要求に応えるために有効であることが実証されつつある。本研究はレーザーを用いた半導体中への電気的活性原子の新しい導入法に関する調査を行ったものである。その成果は、この新規方法が革新的な素子製造技術の創成ならびに素子動作の一層の高効率化に有効に活用できることを示すものである。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of low resistance contacts to p-type 4H-SiC using laser doping with an Al thin-film dopant source (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Okamoto, T. Kikuchi, A. Ikeda, H. Ikenoue, T. Asano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Appied Physics 巻: 58 号: SD ページ: SDDF13-SDDF13
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab12c3
  • NAID: 210000156255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Low Resistance Contacts to p-type 4H-SiC using Al-Film Source Laser Doping (2019)
  • 著者名/発表者名: Kento Okamoto, Toshifumi Kikuchi, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Proc. of 7th International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology 巻: - ページ: 294-298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of low resistance contacts to p-type 4H-SiC by using laser doping with Al thin-film dopant source (2019)
  • 著者名/発表者名: Kento Okamoto, Toshifumi Kikuchi, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58
  • NAID: 210000156255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increasing Laser-Doping Depth of Al in 4H-SiC by Using Expanded-Pulse Excimer Laser (2019)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ikeda, Takashi Shimokawa, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-concentration, Room Temperature, and Low-cost Excimer Laser Doping for 4H-SiC Power Device Fabrication (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaneme Imokawa, Toshifumi Kikuchi, Daisuke Nakamura, Akihiro Ikeda, Tanemasa Asano, Hiroshi Ikenoue
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 印刷中
• [雑誌論文] Increased doping depth of Al in wet-chemical laser doping of 4H-SiC by expanding laser pulse (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Ikeda, D. Marui, R. Sumina, H. Ikenoue, T. Asano
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 巻: 印刷中 ページ: 193-196
  • DOI: 10.1016/j.mssp.2016.11.036
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Al Doping from Laser Irradiated Al Film Deposited on 4H-SiC (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ikeda, Rikuho Sumina, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 858 ページ: 527-530
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.858.527
  • 査読あり
• [雑誌論文] Al doping of 4H-SiC by laser irradiation to coated Al film and its application (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Ikeda, R.Sumina, H. Ikenoue, T. Asano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 4S ページ: 04ER07-04ER07
  • DOI: 10.7567/jjap.55.04er07
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thickness dependence of doping characteristic in Al doping into 4H-SiC by laser irradiation to deposited Al film (2016)
  • 著者名/発表者名: Rikuho Sumina, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Workshop Digest of Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices 巻: - ページ: 216-219
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Room Temperature Processing of Low Resistance Contacts to p-type 4H-SiC Using Laser Doping (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Okamoto, A. Ikeda, T. Kikuchi, H. Ikenoue, T. Asano
  • 学会等名: International Conf. Silicon Carbide and Related Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Laser doping for 4H-SiC power-device fabrication with laser pulse-duration controller (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kikuchi, K. Imokawa, A. Ikeda, D. Nakamura, T. Asano, H. Ikenoue
  • 学会等名: International Congress on Photonics in Europe
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of Low Resistance Contacts to p-type 4H-SiC Using Al-Film Source Laser Doping (2019)
  • 著者名/発表者名: Kento Okamoto, Toshifumi Kikuchi, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 学会等名: 7th International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology (PHOTOPTICS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature, high-concentration laser doping of 4H-SiC for low contact resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kikuchi, K. Imokawa, A. Ikeda, D. Nakamura, T. Asano, H. Ikenoue
  • 学会等名: SPIE Photonics West
  • 国際学会
• [学会発表] High-concentration, Low-temperature, and Low-cost Excimer Laser Doping for 4H-SiC Power Device Fabrication (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaname Imokawa, Toshifumi Kikuchi, Kento Okamoto, Daisuke Nakamura, Akihiro Ikeda, Tanemasa Asano, Hiroshi Ikenoue
  • 学会等名: 12th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of low resistance contacts to p-type 4H-SiC by using laser doping with Al thin-film dopant source (2018)
  • 著者名/発表者名: Kento Okamoto, Toshifumi Kikuchi, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano
  • 学会等名: Proc. of 31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Al thin-film-source laser doping for low resistance contacts to 4H-SiC (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Okamoto, T. Kikuchi, S. Muto, A. Ikeda, H. Ikenoue, and T. Asano
  • 学会等名: Proc. of The 3rd Asian Applied Physics Conference (AAPC 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Increasing Laser-Doping Depth of Al in 4H-SiC by Using Expanded-Pulse Excimer Laser (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Ikeda, T. Shimokawa , H. Ikenoue, T. Asano
  • 学会等名: European Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ECSCRM 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature, high-concentration laser doping of nitrogen to 4H-SiC for low-contact-resistance fabrication (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kikuchi, K. Imokawa, A. Ikeda, D. Nakamura, T. Asano, H. Ikenoue
  • 学会等名: 2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Al注入した4H-SiCへのレーザ照射によるAl拡散とシート抵抗の調査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武藤 彰吾、池田 晃裕、池上 浩、浅野 種正
  • 学会等名: 第79回 応用物理学会秋期学術講演会
• [学会発表] レーザードーピングを用いた4H-SiC:C面への低抵抗p型コンタクトの形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本 健人、菊地 俊文、池田 晃裕、池上 浩、浅野 種正
  • 学会等名: 第79回 応用物理学会秋期学術講演会
• [学会発表] SiCパワーデバイス製造用レーザードーピングシステムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地 俊文, 妹川 要, 池田 晃裕, 中村 大輔， 浅野 種正， 池上 浩
  • 学会等名: 第79回 応用物理学会秋期学術講演会
• [学会発表] レーザードーピング法による4H-SiC低抵抗コンタクトの形成とレーザー照射損傷のパルス幅依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地 俊文, 妹川 要, 池田 晃裕，中村 大輔，浅野 種正，池上 浩
  • 学会等名: 先進パワー半導体分科会講演会
• [学会発表] 4H-SiC へのレーザードーピング特性におけるパルス幅拡大の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 下川 高史, 池田 晃裕, 池上 浩, 浅野 種正
  • 学会等名: 平成30年度 応用物理学会九州支部学術講演会
• [学会発表] SiC へのエキシマレーザ照射によるAl の再分布の調査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武藤 彰吾, 池田 晃裕, 池上 浩, 浅野 種正
  • 学会等名: 平成31年度 応用物理学会九州支部学術講演会
• [学会発表] レーザードーピングによる4H-SiC:C面への低抵抗p型コンタクトの形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本 健人, 菊地 俊文, 池田 晃裕, 池上 浩, 浅野 種正
  • 学会等名: 第10回半導体材料・デバイスフォーラム
• [学会発表] Improved doping performance of laser Al doping in 4H-SiC by substrate heating (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Ikeda
  • 学会等名: 2017 Int'l. Conf. Silicon Carbide and Related Materials
• [学会発表] Effects of Substrate Heating on Al Doping Performed by Irradiating Laser Beam to Al Film on 4H-SiC (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ikeda
  • 学会等名: European Conference on Silicon Carbide & Related Materials
  • 発表場所: Halkidiki Greece
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Low Cost Fabrication of 4H-SiC Junction Barrier Schottky Diode Using Excimer-Laser Doping from Molten Al (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanemasa Asano
  • 学会等名: 42nd International Conference on Micro and Nano Engineering
  • 発表場所: Wien, Austria
  • 年月日: 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Thickness dependence of doping characteristic in Al doping into 4H-SiC by laser irradiation to deposited Al film (2016)
  • 著者名/発表者名: Rikuho Sumina
  • 学会等名: Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices
  • 発表場所: Hakodate, Japan
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Increased Doping Depth of Al in Wet-chemical Laser Doping of 4H-SiC by Expanding Laser Pulse (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ikeda
  • 学会等名: 7th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-VII) and International SiGe Technology and Device Meeting 2016 (ISTDM2016)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-06-07
  • 国際学会
• [備考] 九州大学-研究者情報
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/index.html
• [備考] 九州大学-研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/index.html
• [備考] 九州大学研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/index.html
• [備考] 九州大学浅野研究室
  • URL: http://fed.ed.kyushu-u.ac.jp/index.html
• [備考] 九州大学・研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/index.html