2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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15H03557
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
伊藤 利道 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00183004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
毎田 修 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40346177)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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