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2015 年度 実績報告書

高濃度不純物ドープ縮退ダイヤモンド層の巨大クラスター化とその高機能デバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H03557
研究機関大阪大学

研究代表者

伊藤 利道  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00183004)

研究分担者 毎田 修  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40346177)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードCVDダイヤモンド / マイクロ波プラズマCVD / ワイドギャップ半導体 / 不純物ドーピング / CVD成膜装置 / p型半導体
研究実績の概要

Ⅰ.ドーパントの活性化エネルギーを低下できる作製プロセスの開発について
高品質ダイヤモンドバッファー層の上に高濃度ホウ素ドープ縮退ダイヤモンド半導体薄膜とアンドープ層薄膜とを交互に複数層多重ホモエピ成長した縮退キャリア(正孔)による輸送特性を示す多重積層膜試料を、(1)数μm程度の面内分解能を有する簡易リソグラフィプロセス、(2)ナノインプリントプロセス、(3)水素プラズマ照射(エッチング)プロセス、および(4)酸素プラズマエッチングプロセスを適切に用いて、無数の数ミクロン~サブミクロンスケールのサイズの構造(巨大クラスター)に分断した。その後、名目上(ドーピングガスを含まない水素希釈メタンガスによる)アンドープ層をホモエピ成長し、埋め込むことにより、縮退特性が取れ、半導体的振る舞いをする半導体が得られた。このような一連のプロセスにより、ホウ素アクセプターの活性化エネルギーが、0.21~0.23eVとなるp型半導体ダイヤモンドが得られた。当該p型ダイヤモンド試料の室温付近のキャリア移動度は、より小さいサイズのクラスターの方が高くなる傾向があった。
Ⅱ.高品質ダイヤモンド作製用新型マイクロ波プラズマ(MWP)CVD装置の開発について
メガホン形状の反応容器を有する当該装置のプロトタイプを作製した。その際、ダイヤモンド成膜用の試料ホールダの形状、大きさ、プラズマの点火や安定化のために追加した金属位相器位置や個数、並びに、それらの可動性も含めて適正化を行った。その結果、当該プロトタイプにマイクロ波を印加することにより、水素プラズマを安定に点灯できることが確認された。また、品質は十分ではないものの、アンドープホモエピ成長膜が当該MWPCVD装置を用いて形成できることも確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究課題ⅠおよびⅡについて、概ね順調に研究が遂行できていると思われるが、より具体的な研究課題が見出された。即ち、課題Ⅰについては、高濃度ホウ素ドープ層を含む多重積層膜の構造適正化、品質向上や分離(巨大クラスター化)プロセスの制御性の向上が必要であることが新たな研究課題として顕在化した。
一方、課題Ⅱについては、MWPCVD法によるダイヤモンド成膜に適切なプロセスパラメータは使用する装置に対して予想以上に強く依存することが判明し、高品質ダイヤモンド成膜が可能となるプロセスパラメータの適正化条件を、より広い範囲で探索する必要が生じた。

今後の研究の推進方策

新たに顕在化した研究課題への対応を加え、研究課題ⅠおよびⅡについて、それぞれ、概ね当初の計画に従って研究を進める。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 分散化した高濃度ホウ素ドープ縮退CVDダイヤモンド多層膜構造のマクロスコピックな半導体特性2016

    • 著者名/発表者名
      田淵 智大
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] 微細構造を有するCVDダイヤモンド検出器のkeV電子の検出特性2016

    • 著者名/発表者名
      清水 彰人
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] 高濃度ホウ素ドープダイヤモンド薄膜を用いた積層構造の作製とその積層構造の分散・埋め込みに関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      田淵 智大
    • 学会等名
      第56回真空に関する連合講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-12-01
  • [学会発表] 単結晶CVDダイヤモンドにおける周期的微細柱状構造の作製とその粒子検出器への応用2015

    • 著者名/発表者名
      清水 彰人
    • 学会等名
      第56回真空に関する連合講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-12-01
  • [備考] 伊藤研究室@大阪大学 電気電子情報工学専攻 (Ito Laboratory)

    • URL

      http://daiyan.eei.eng.osaka-u.ac.jp

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公開日: 2017-01-06  

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