レーザー照射による炭化珪素半導体表面酸化膜の形成

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レーザー照射による炭化珪素半導体(SiC)表面酸化膜の形成を目的として実験を行った。まず、急峻なSiO_2/SiC界面を得るためには、SiC表面の清浄化が必要であると考えた。一般的なSiCの表面クリーニング法では、クリーニング後に大気による汚染が心配される。そこで、レーザー照射による酸化膜形成前処理として、レーザー照射によるSiC表面クリーニングの可能性について実験を行った。レーザークリーニング法は、SiCに対する全く新しい方法であるため、条件の最適化から始めた。使用したレーザーは、KrFエキシマレーザーである。飛行時間型質量分析装置(TOF)を用いて、レーザーを照射した瞬間に表面から脱離する原子及び分子を観察したところ、10mJ/cm^2以上のエネルギー密度でレーザー照射を行うことにより、O、C、Siに関連する原子及び分子の脱離を確認した。TOF測定結果と表面モフォロジー及びショットキーダイオードの特性(ショットキーバリア高さ及び理想因子)の変化をあわせて考察することにより、エネルギー密度10〜30mJ/cm^2、照射回数I100回が、レーザークリーニング法の最適条件であることを明らかにした。また、エネルギー密度を50mJ/cm^2以上にした場合、SiC表面の劣化がはじまることが解った。この成果は、Japanese Journal of Applied Physicsに投稿中である。次に、レーザー照射による酸化膜作製についての実験を行った。酸化雰囲気として、O_2又はN_2Oを用いた。実験の結果、KrFエキシマレーザー照射によりSiCを酸化するためには、約800mJ/cm^2以上のエネルギー密度が必要であることが解った。しかし、このエネルギー密度では、レーザー照射によるSiC表面の破壊が同時に進行し、均一な酸化膜形成に至らないことが解った。酸化膜の均一化には、レーザーの波長及び酸化雰囲気を改善が必要である。