ワイドギャップ化合物半導体へのレーザードーピングプロセスの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450145
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 青木 徹 静岡大学, 電子工学研究所, 助手 (10283350)
• 研究分担者: 東 直人 静岡大学, 工学部, 助教授 (50192464) ; 中西 洋一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00022137) ; 畑中 義式 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (60006278)
• キーワード: エキシマレーザー / 不純物ドーピング / II-VI族化合物半導体 / CdTe / ZnO / 高濃度ドーピング / 非熱平衡 / ワイドギャップ半導体

研究概要

ワイドギャップ半導体のうち特にII-VI族化合物半導体に対して、エキシマレーザーパルス照射による極短時間のレーザーアニールを用いた拡散ドーピングを行った。これらのワイドギャップ半導体はドーピングの制御が難しく特に高濃度のドーピングが難しいが、高圧雰囲気中で適切に制御されたパルスのエキシマレーザーを、ドーパントとなる原料化合物あるいは単体を蒸着した半導体表面へ照射し、20nSという極短時間のレーザーパルスの間に非熱平衡状態で拡散し高濃度ドーピングを行った。
本補助金により設置したレーザービームホモジナイザーを含む光学系を活用して実験検討を行った結果、従来困難であった1cm角程度の広い面積での均一なドーピングが可能となり、ホール効果測定などの評価が可能となった。今年度は特にCdTe、ZnOについてレーザードーピング技術の確立を中心として研究を展開し、CdTe,ZnOの両者とも困難とされるp形層形成において抵抗率で10^<-2>Ωcm、10^<20>cm^<-3>オーダーの世界最高レベルの低い抵抗率および高い正孔濃度を得ることが出来た。これはドーパント原料として単体元素であるアンチモン(Sb)を用いて実現したものであり、Zn_3P_2やCd_3P_2などの化合物に比べて良好なドーピング結果を得ることが出来、安定な単体元素を用いることが有用であることを見いだした。なお、ZnOについてはフォトルミネッセンス評価の結果、ドーピングにより酸素欠陥準位が減少することが示唆されており、詳細な議論はこれからの詳しい研究を必要とするが大変興味深い結果である。また、Inを用いたn形ドーピングやZnTeなどの他の化合物半導体に対しても検討を開始しており、高濃度ドーピングが可能であることが示されている。

研究成果

• [文献書誌] T.Aoki,Y.Hatanaka,D.C.Look: "ZnO diode fabricated by excimer laser doping"Appl.Phys.Lett.. 76. 3257-3258 (2000)
• [文献書誌] T.Aoki,T.Ikeda,D.Korzec and Y.Hatanaka: "ZnSe growth by radical assisted MOCVD using hollow cathode plasma"Thin Solid Films. 368. 244-248 (2000)
• [文献書誌] A.Miyake,H.Kominami,H.Tatsuoka,H.Kuwabara,Y.Nakanishi nad Y.Hatanaka: "Luminescent properties of ZnO thin films grown epitaxially on Si substrate"J.Crystal Growth. 214-215. 294-298 (2000)
• [文献書誌] D.Mochizuki,M.Niraula,T.Aoki,T.Nagai,M.Kinoshita Y.Hatanaka: "Pattern doping on CdTe by excimer laser irradiation"J.Crystal Growth. 214/215. 520-523 (2000)
• [文献書誌] M.Niraula,D.Mochizuki,T.Aoki,Y.Tomita and Y.Hatanaka: "Performance of CdTe gamma-ray detectors fabricated in a new M-π-n design"J.Crystal Growth. 214/215. 1116-1120 (2000)
• [文献書誌] D.Noda,T.Aoki,Y.Nakanishi and Y.Hatanaka: "Growth of CdZnTe and CdSeTe crystals for p-i-n radiation detectors"J.Crystal Growth. 214/215. 1121-1124 (2000)
• [文献書誌] M.Niraula,D.Mochizuki,T.Aoki,Y.Nakanishi,Y.Hatanaka: "Low-temperature growth and n-type doping of CdTe by the remote-plasma CVD technique"Vacuum. 59. 678-685 (2000)
• [文献書誌] D.Noda,T.Aoki,Y.Nakanishi,Y.Hatanaka: "Epitaxial growth of CdSeTe films by remote plasma enhanced metal organic chemical vapor deposition"Vacuum. 59. 701-707 (2000)
• [文献書誌] T.Aoki,H.Nonaka,Y.Hatanaka: "Zinc Oxicide Film Deposition by Plasma CVD Using Znic Acetylacetonate"Proc.of The Seventh International Display Workshops. 925-928 (2000)
• [文献書誌] T.Aoki,A.Nakamura,D.C.Look,Y.Hatanaka: "Fabrication of a ZnO LED by Excimer Laser Doping Technique"Proc.of The 10th International Workshop on Inorganic and Organic Electroluminescence. 141-144 (2000)
• [文献書誌] A.Miyake,H.Kominami,T.Aoki,H.Tatsuoka,H.Kuwabara,Y.Nkanishi,Y.Hatanaka: "Growth of ZnO epitaxial thin films showing exciton emission on Si substrate"Proc.of 5th Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 226-229 (2000)
• [文献書誌] D.Noda,A.Nakamura,T.Aoki,Y.Hatanaka: "Performance and improvement of CdZnTe based diode for radiation detectors"Proc.of 5th Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 320-323 (2000)
• [文献書誌] H.Kubota,T.Aoki,M.Nagai,M.Kinosita,Y.Hatanaka: "n-ZnSe/GaAs/p-ZnSe heterostructure diode for nuclear radiation detectors"Proc.of 5th Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 324-327
• [文献書誌] A.Nakamura,M.Niraula,D.Noda,T.Aoki,Y.Hatanaka: "Pressure dependence of excimer laser processing"Proc.of 5th Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 39. 404-409 (2000)
• [文献書誌] A.Miyake,H.Kominami,H.Tatsuoka,H.Kuwabara,Y.Nakanishi,Y.Hatanaka: "Growth of Epitaxial ZnO Thin Film by Oxidation of Epitaxial ZnS Film on Si(111) Subatrate"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L1186-L1187 (2000)