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2014 年度 実績報告書

ウェットレーザプロセッシングにおける超高速ドーピング機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 25289105
研究機関九州大学

研究代表者

浅野 種正  九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 教授 (50126306)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードレーザープロセッシング / レーザードーピング / 炭化シリコン / ドーピング / パワーデバイス / 電力用半導体素子
研究実績の概要

本年度は新たに,(1)液体窒素中に浸した4H-SiCにフッ化クリプトンエキシマレーザを照射することによりn型不純物である窒素のドーピング,および(2)4H-SiC表面に堆積したアルミニウム薄膜への照射によるp型不純物であるアルミニウムのドーピングについて調査した.
・液体窒素中でのレーザ照射により,窒素がドーピングされ,n型層を形成できること,ならびに良好な特性をもつpn接合ダイオードを形成できることがわかった.
・窒素は,表面から深さ1ミクロン付近まで分布していること,その分布形状は,SiC表面の一部がアブレーションで消失しての熱拡散理論によって得られる分布とよく一致した.窒素の分布から得た拡散係数の値は,これまでに報告されている熱拡散実験より得た値およびそれをSiCの昇華温度まで外挿して得られる値よりもはるかに大きいことがわかった.この結果は,昨年度にリンについて得たものと同じである.また,リンと窒素の拡散係数の比については,従来の熱処理による熱核酸係数の比と同様であることがわかった.
・元素組成の分析の結果,ドーピングした後にはSiCの構成元素である炭素が,表面から消失しているがわかった.窒素は,SiC結晶内で主に炭素の位置を占めることがわかっていることから,窒素の高速拡散は,SiC中の炭素が外向拡散し,炭素空孔を窒素が置き換えながら拡散するためであるとの仮説が立てられる.
・アルミニウム薄膜への照射では,薄膜の厚みを適切な範囲にすることで,表面をほぼ平坦に保ったままアルミニウムをドーピングできることがわかった.そのドーピング深さは,昨年度に見出した塩化アルミニウム水溶液中での照射に比べて10倍以上の深さとなることがわかった.電気特性の評価の結果,アルミニウムの電気活性化率が小さいが,良好なpn接合ダイオードを形成できることがわかった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

ドーピング機構の解明に向けて有効な知見を得ることができたこと,新しいドーピング手法を考案できたこと,論文2報と国際会議3件の発表を行えたことに加え,3件の特許出願をすることができた.

今後の研究の推進方策

新しく考案したドーピング手法の発展も含め,概ね当初の計画に沿って研究を進める計画である.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (3件) 備考 (1件) 産業財産権 (3件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Nitrogen doping of 4H-SiC by KrF excimer laser irradiation in liquid nitrogen2015

    • 著者名/発表者名
      A. Ikeda, D. Marui, H. Ikenoue, T. Asano
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 54 ページ: 04DP02-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.04DP02

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Aluminum doping of 4H-SiC by irradiation of excimer laser in aluminum chloride solution2014

    • 著者名/発表者名
      D. Marui, A. Ikeda, K. Nishi, H. Ikenoue, T. Asano
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 ページ: 06JF03-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.06JF03

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Local nitrogen doping in 4H-SiC by laser irradiation in atmospheric-pressure plasma2015

    • 著者名/発表者名
      R. Kojima, H. Ikenoue, Yosuke Watanabe, A. Ikeda, Daisuke Nakamura, T. Asano, T. Okada
    • 学会等名
      SPIE Photonics West
    • 発表場所
      サンフランシスコ
    • 年月日
      2015-02-11
  • [学会発表] Extremely Enhanced Diffusion of Nitrogen in 4H-SiC Observed in Liquid-Nitrogen Immersion Irradiation of Excimer Laser2014

    • 著者名/発表者名
      A. Ikeda, D. Marui, H. Ikenoue, T. Asano
    • 学会等名
      10th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials
    • 発表場所
      グルノーブル
    • 年月日
      2014-09-22
  • [学会発表] Nitrogen doping of 4H-SiC by excimer laser irradiation in liquid nitrogen2014

    • 著者名/発表者名
      A. Ikeda, D. Marui, H. Ikenoue, T. Asano
    • 学会等名
      2014 Int'l. Conf. Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      つくば市
    • 年月日
      2014-09-09
  • [備考] 九州大学研究者情報

    • URL

      http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002917/index.html

  • [産業財産権] 不純物導入装置、不純物導入方法及び半導体素子の製造方法2015

    • 発明者名
      池田晃裕,池上浩,浅野種正 井口研一,中澤治雄,関康和
    • 権利者名
      富士電機,九州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2015-35615
    • 出願年月日
      2015-02-25
  • [産業財産権] レーザドーピング装置及びレーザドーピング方法2015

    • 発明者名
      大久保智幸,池上浩,池田晃裕,浅野種正,若林理
    • 権利者名
      ギガフォトン,九州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2015/
    • 出願年月日
      2015-03-30
    • 外国
  • [産業財産権] 不純物導入方法及び半導体素子の製造方法2014

    • 発明者名
      池上浩,池田晃裕,浅野種正 井口研一、中澤治雄、関康和、松村徹
    • 権利者名
      富士電機,九州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-174567
    • 出願年月日
      2014-08-28

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公開日: 2016-06-01  

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