パワーデバイス実用化に向けたダイヤモンド接合界面安定化に関する基礎研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360143
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 寺地 徳之 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (50332747)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ダイヤモンド / ショットキーダイオード / 高耐圧 / 高温耐性 / 界面輸送特性

研究概要

高耐圧特性が期待されるダイヤモンドショットキーダイオード（SBD）に関して、熱的・機械的耐性に優れた素子作製の指針を得た。電極材料に炭化タングステンを用いる事で、600K以下の温度範囲で安定にデバイス動作する事を示した。また、ダイオード界面の安定化には、SBD電極堆積後に、600Kで熱処理を施す事が有効であることを見出した。SBD特性向上を目的に、ダイヤモンド結晶の高品質化と厚膜化を両立する合成条件を探索した。また、高マイクロ波パワー合成条件で高濃度ホウ素ドープ基板上へダイヤモンド薄膜を合成する場合、基板エッチングの抑制が重要であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Perfect alignment and preferential orientation of nitrogen-vacancy centers during chemical vapor deposition diamond growth on (111) surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Michl, T. Teraji, S. Zaiser, I. Jakobi, G. Waldherr, F. Dolde, P. Neumann, M. W. Doherty, N. B. Manson, J. Isoya, J. Wrachtrup
  • 雑誌名: App. Phys. Lett 巻: 104 ページ: 102407
  • DOI: 10.1063/1.4868128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Schottky barrier height and thermal stability of p-diamond (100) Schottky interfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji, Y. Koide, and T. Ito
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 557 ページ: 241
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2013.11.132
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopic enrichment of diamond by microwave plasma chemical vapor deposition with high carbon conversion efficiency (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 557 ページ: 231
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2014.01.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved depth resolution of secondary ion mass spectrometry profiles in diamond : Aquantitative analysis of the delta-doping (2014)
  • 著者名/発表者名: A Fiori, F Jomard, T. Teraji, G Chicot, E Bustarret
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 557 ページ: 222
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2013.10.076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly coupled diamond spin qubits by molecular nitrogen implantation (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Umeda, K. Watanabe, S. Onoda, M. L. Markham, D. J. Twitchen, B. Naydenov, L. P. McGuinness, T. Teraji, S. Koizumi, F. Dolde, H. Fedder, J. Honert, J. Wrachtrup, T. Ohshima, F. Jelezko, and J. Isoya
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 201201
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.201201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extending spin coherence times of diamond qubits by high-temperature annealing (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Umeda, K. Watanabe, S. Onoda, M. L. Markham, D. J. Twitchen, B. Naydenov, L. P. McGuinness, T. Teraji, S. Koizumi, F. Dolde, H. Fedder, J. Honert, J. Wrachtrup, T. Ohshima, F. Jelezko, and J. Isoya
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 075206
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.075206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detecting and Polarizing Nuclear Spins with Double Resonance on a Single Electron Spin (2013)
  • 著者名/発表者名: P. London, J. Scheuer, J.-M. Cai, I. Schwarz, A. Retzker, M. B. Plenio, M. Katagiri, T. Teraji, S. Koizumi, J. Isoya, R. Fischer, L. P. McGuinness, B. Naydenov, and F. Jelezko
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 111 ページ: 067601
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.067601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Implementation of Assisted QuantumAdiabatic Passage in a Single Spin (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, J. H. Shim, I. Niemeyer, T. Taniguchi, T. Teraji, H. Abe, S. Onoda, T. Yamamoto, T. Ohshima, J. Isoya, and D. Suter
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 110 ページ: 240501
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.240501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective use of source gas for diamond growth with isotopic enrichment (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji, T. Taniguchi, S. Koizumi, Y. Koide, and J. Isoya
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp 巻: 6 ページ: 055601
  • DOI: 10.7567/APEX.6.055601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronized B and 13C Diamond Delta Structures for an Ultimate In-depth Chemical Characterization (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Fiori, F. Jomard, T. Teraji, S. Koizumi, J. Isoya, E. Gheeraert, and E. Bustarret
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp 巻: 6 ページ: 045801
  • DOI: 10.7567/APEX.6.045801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadband Excitation by Chirped Pulses : Application to Single Electron Spins in Diamond (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Niemeyer, J. H Shim, J. Zhang, D. Suter, T. Taniguchi, T. Teraji, H. Abe, S. Onoda, T. Yamamoto, T. Ohshima, J. Isoya, and F. Jelezko
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 15 ページ: 033027
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/3/033027
  • 査読あり
• [雑誌論文] High quality p-type chemical vapor deposited {111}-oriented diamonds : Growth and fabrication of related electrical devices (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Lazea, Y. Garino, T. Teraji, S. Koizumi
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (a) 巻: 209 ページ: 1978-1981
  • DOI: 10.1002/pssa.201228162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comprehensive Investigation of Single Crystal Diamond Deep-Ultraviolet Detectors (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Liao, L. Sang, T. Teraji, M. Imura, J. Alvarez and Y. Koide
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 090115
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.090115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Vapor Deposition of 12C Isotopically Enriched Polycrystalline Diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji, T. Taniguchi, S. Koizumi, K. Watanabe, M. Liao, Y. Koide, and J. Isoya
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 090104 1-7
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.090104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localized mid-gap-states limited reverse current of diamond Schottky diodes (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji, M.Y. Liao and Y. Koide
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 111 ページ: 104503 1-7
  • DOI: 10.1063/1.4712437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long coherence time of spin qubits in 12C enriched polycrystalline chemical vapor deposition diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: K.D. Jahnke, B. Naydenov, T. Teraji, S. Koizumi, T. Umeda, J. Isoya, and F. Jelezko
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 012405 1-5
  • DOI: 10.1063/1.4731778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local stress distribution of dislocations in homoepitaxial chemical vapor deposite single-crystal diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, H. Umezawa, T. Teraji, S. Shikata
  • 雑誌名: Diamond Relat. Mater 巻: 23 ページ: 109-111
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2012.01.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Forward tunneling current in {111}-oriented homoepitaxial diamond p-n junction (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Garino, T. Teraji, A. Lazea, and S. Koizumi
  • 雑誌名: Diamond Relat. Mater 巻: 21 ページ: 33-36
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2011.10.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] detection of killer defects of diamond Schottky barrier diodes (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ohmagari, T. Teraji, and Y. Koide
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 110 ページ: 056105 1-3
  • DOI: 10.1063/1.3626791
  • 査読あり
• [雑誌論文] CVD Diamond Dislocations Observed by X-ray Topography, Birefrengence Image and Cathodoluminesence mapping (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, H. Umezawa, H. Yamaguchi, T. Teraji, and S. Shikata
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings 巻: 1282 ページ: 73-77
  • DOI: 10.1557/opl.2011.446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local Stress-strain Structure in CVD Diamond Observed by Raman Peak-shift Mapping (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, H. Umezawa, T. Teraji, and S. Shikata
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings 巻: 1282 ページ: 61-65
  • DOI: 10.1557/opl.2011.440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Schottky diode architectures on p-type diamond for fast switching, high forward current density and high breakdown field rectifiers (2011)
  • 著者名/発表者名: P. Muret, P.-N. Volpe, T.-N. Tran-Thi, J. Pernot, C. Hoarau, F. Omnès, and T. Teraji
  • 雑誌名: Diamond Relat. Mater 巻: 20 ページ: 285-289
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2011.01.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extreme dielectric strength in boron doped homoepitaxial diamond (2010)
  • 著者名/発表者名: P.N. Volpe, P. Muret, J. Pernot, F. Omnes, T. Teraji, Y. Koide, F. Jomard, D. Planson, P. Brosselard, N. Dheilly, B. Vergne, and S. Scharnholz
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 97 ページ: 223501 1-3
  • DOI: 10.1063/1.3520140
  • 査読あり
• [雑誌論文] High breakdown voltage Schottky diodes synthesized on p-type CVD diamond layer (2010)
  • 著者名/発表者名: P.N. Volpe, P. Muret, J. Pernot, F. Omnes, T. Teraji, F. Jomard, D. Planson, P. Brosselard, N. Dheilly, B. Vergne, and S. Scharnholz
  • 雑誌名: phys. status solide 巻: 207 ページ: 2088-2092
  • DOI: 10.1002/pssa.201000055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abnormal current increases induced under high electric fields in asymmetrical graphite-intrinsic-diamond-graphite structures fabricated with high-quality homoepitaxial chemical-vapor-deposited diamond layers (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Hamada, T. Teraji, and T. Ito
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 107 ページ: 063708 1-6
  • DOI: 10.1063/1.3327439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hall hole mobility in boron-doped homoepitaxial diamond (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Pernot, P. N. Volpe, F. Omnès, P. Muret, V. Mortet, K. Haenen, and T. Teraji
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 2052031-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.81.205203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light intensity dependence of photocurrent gain in single-crystal diamond detectors (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Liao, X. Wang, T. Teraji, S. Koizumi, and Y. Koide
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 0333041-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.81.033304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of shallow traps on the reverse current of diamond Schottky diode : An electrical transient study (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Garino, T. Teraji, S. Koizumi, Y. Koide, and T. Ito
  • 雑誌名: phys. stat. sol 巻: 207 ページ: 1460-1463
  • DOI: 10.1002/pssa.200925448
  • 査読あり
• [学会発表] Homoepitaxial Growth of High-Quality Diamond Films and Their Semiconducting Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji
  • 学会等名: Workshop on Strategic Japanese-Croatian Cooperative Program 2013
  • 発表場所: Todaiji Culture Center, Nara
  • 年月日: 2013-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] ダイヤモンド高耐圧ダイオードの現状と課題 (2013)
  • 著者名/発表者名: 寺地徳之
  • 学会等名: ニューダイヤモンドフォーラム平成25年度第1回研究会
  • 発表場所: 東京大学,目黒
  • 年月日: 2013-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] Diamond Schottky Barrier Diodes : Current Transport Mechanisms and Thermal Stability (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji
  • 学会等名: 1st French-Japanese Workshop on Diamond Power Devices
  • 発表場所: Majestic congress center, Chamonix, France
  • 年月日: 2013-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] p-Type Diamond Schottky Interfaces - Current Transport Mechanisms and Thermal Stability (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji
  • 学会等名: 6th Int. Symp. on Control of Semiconductor Interfaces
  • 発表場所: Kyushu Univ., Fukuoka
  • 年月日: 2013-06-05
  • 招待講演
• [学会発表] p-type diamond Schottky diodes -current transport mechanisms and defects (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Teraji and Y. Koide
  • 学会等名: IUMRS-ICEM2012
  • 発表場所: PACIFICO YOKOHAMA, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2012-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] ヘテロエピタキシャルダイヤモンドの横方向成長過程における応力変化(「講演奨励賞受賞記念講演」) (2012)
  • 著者名/発表者名: 鷲山瞬, 吉川太朗, 児玉英之, 寺地徳之, 鈴木一博, 古滝敏郎, 河野省三, 澤邊厚仁
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学,新宿
  • 年月日: 2012-03-18
  • 招待講演
• [図書] 物質・材料研究機構監修 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺地徳之
  • 総ページ数: 859(12)
  • 出版者: オーム社
• [産業財産権] ダイヤモンド半導体デバイス (2013)
  • 発明者名: 寺地 徳之, 小泉 聡, 小出 康夫
  • 権利者名: 独立行政法人物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 5360766
  • 出願年月日: 2013-09-13
  • 外国
• [産業財産権] ダイヤモンド結晶成長方法及びダイヤモンド結晶成長装置 (2011)
  • 発明者名: 寺地 徳之
  • 権利者名: 独立行政法人物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2011-134198
  • 出願年月日: 2011-06-16