エピタキシャル成長層での光電効果を利用した不純物ドーピング制御の試み

尝试利用外延生长层中的光电效应控制杂质掺杂

• 批准号: 16656013
• 负责人: 奥村 次徳
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656013/
• 关键词: 光電効果; 窒素ガリウム; 不純物ドーピング; 分子線エピタキシ; 窒化ガリウム

前年度に,光照射システムの構築とドーピングの前段階である窒化ガリウム(GaN)エピタキシャル層の高品質化に関する研究を行った.今年度は,最終年度であることから,光電効果を利用した不純物ドーピングの詳細な検討を行う計画であった.しかしながら,分子線エピタキシ(MBE)装置の基板加熱機構および窒素プラズマ発生装置が故障してしまったため,結晶成長が困難となった.そこで,今年度は,高濃度ドーピングを実現する手法について,別の角度から検討を行った.一般的に,半導体にドナーもしくはアクセプタ不純物を高濃度(過剰)にドーピングすると,ある濃度で自由キャリア濃度は飽和し,一定量以上では,キャリア濃度は反対に減少してしまう.これは,高濃度に不純物がドーピングされることにより,結晶性が悪化し,空孔などの結晶欠陥が発生してキャリアを補償してしまうことや,不純物が格子位置ではなく格子間位置や反対の格子位置を置換するなどして,キャリアを補償してしまうことが原因として考えられている.本研究グループでは,これまでの研究により,プラズマ照射したGaN結晶に導入されたキャリア濃度を減少させてしまう結晶欠陥を,素子に逆バイアス電圧印加することにより結晶内部から結晶表面へ追い出すことを明らかにしている.そこで,本研究では,キャリアを補償してしまう欠陥を,電圧印加とは別の方法,すなわち,光照射効果により除去し,高キャリア濃度の実現を目指した.実験には,二種類のプラズマ(水素,アルゴン)を照射したn-GaNを使用した.水素プラズマおよびアルゴンプラズマを照射したn-GaNにおいては,キャリア濃度を減少させる欠陥が高濃度に発生している.この欠陥は,詳細な電気特性評価により,Siドナーとペアを作り,電子濃度を減少させていると考えられる.そこで,光照射によりキャリア(ここでは,正孔)を注入し,このドナー-欠陥ペアを分離させ,発生した光起電力による電界により,結晶内部からの追い出しを試みた.その結果,キャリア濃度がプラズマ照射する前の濃度に回復することが確認でき,欠陥が関与している深い準位が消失しているといったデータが得られた.これらの結果から,本手法を応用することにより,高濃度ドーピングの場合に発生するキャリア補償に関与する欠陥を低減させ,さらなる高濃度化が実現できると考えられる.

Before the annual に, light シ ス テ ム の build と ド ー ピ ン グ の earlier order で あ る smothering the ガ リ ウ ム (GaN) エ ピ タ キ シ ャ ル layer の high-quality に masato す る を line っ た. Our は, final year で あ る こ と か ら, photoelectric unseen fruit を using し た impurity content ド ー ピ ン グ の detailed な 検 line for を う project で あ っ た. し か し な が ら, molecular line エ ピ タ キ シ (MBE) device の substrate heating mechanism お よ び smothering element プ ラ ズ マ 発 が raw device fault し て し ま っ た た め, crystal growth が difficult と な っ た. そ こ で, Our は, high concentration ド ー ピ ン グ を be presently す る gimmick に つ い て, don't の Angle か ら 検 line for を っ た. General に, semiconductor に ド ナ ー も し く は ア ク セ プ タ impurity content を high concentration (turning) に ド ー ピ ン グ す る と, あ る concentration で free キ ャ リ は saturated し ア concentration, above a certain amount で は, キ ャ リ ア concentration は anti polices に reduce し て し ま う. こ れ は, high concentration に impurity content が ド ー ピ ン グ さ れ る こ と に よ り, crystalline が 悪 し, Empty hole な ど の crystallization owe 陥 が 発 raw し て キ ャ リ ア を compensation し て し ま う こ と や, impurity content が grid location で は な く cubicle や anti の seaborne grid location を replacement す る な ど し て, キ ャ リ ア を compensation し て し ま う こ と が reason と し て exam え ら れ て い る. This study グ ル ー プ で は, こ れ ま で の research に よ り, プ ラ ズ マ irradiation し た GaN crystal に import さ れ た キ ャ リ ア concentration を reduce さ せ て し ま う crystallization owe 陥 を, inverse element child に バ イ ア ス electric 圧 Inca す る こ と に よ り crystallization internal か ら へ crystal surface after い out す こ と を Ming ら か に し て い る. そ こ で, this study で は, キ ャ リ ア を compensation し て し ま う owe 陥 を, electric 圧 Inca と は don't の way, す な わ ち, light unseen fruit に よ り remove し, high キ ャ リ ア concentration の be presently を refers し た. Experiments: に に, two types: プラズ プラズ (hydroquinone,ア ア ゴ ゴ <e:1>)を irradiation: たn-GaNを use: た. Water element プ ラ ズ マ お よ び ア ル ゴ ン プ ラ ズ マ を irradiation し た n - GaN に お い て は, キ ャ リ ア concentration を reduce さ せ る owe 陥 が high-concentration に 発 raw し て い る. こ の owe 陥 は, detailed な electric 気 characteristics evaluation 価 に よ り, Si ド ナ ー と ペ ア を り, electron concentration を reduce さ せ て い る と exam え ら れ る. そ こ で, light に よ り キ ャ リ ア (こ こ で は, positive hole) inject し を, こ の ド ナ ー - owe 陥 ペ ア を separation さ せ, born 発 し た light up power に よ る electricity industry に よ り, crystal internal か ら の chase い out し を try み た. そ の as a result, the キ ャ リ ア concentration が プ ラ ズ マ irradiation す る の concentration に reply before す る こ と が confirm で き, owe 陥 が masato and し て い る deep い must disappear が し て い る と い っ た デ ー タ が have ら れ た. こ れ ら の results か ら, this technique を 応 with す る こ と に よ り, high concentration ド ー ピ ン グ の occasions に 発 raw す る キ ャ リ ア compensation に masato and す る owe 陥 を low cut さ せ, さ ら な る high concentration change が be presently で き る と exam え ら れ る.

项目成果

Change of electrical properties in N-GaN exposed to hydrogen plasma

暴露于氢等离子体的 N-GaN 电性能变化

• 发表时间: 2005
• 期刊: Extended Abstracts of the 24th Electronic Materials Symposium
• 作者: M.Suda;S.Nakamura;M.Suhara;T.Okumura
• 通讯作者: T.Okumura

水素プラズマ照射されたn型窒化ガリウムの電気特性評価

氢等离子体辐照n型氮化镓电性能评价

• 发表时间: 2005
• 期刊: 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.105・No.434, 435
• 作者: 須田将之;中村成志;須原理彦;奥村次徳
• 通讯作者: 奥村次徳