オーム性接触形成メカニズム解明に向けた金属/炭化珪素界面に関する基礎研究

報告者はこれまで、高温熱処理を施さずに形成した金属/高濃度ドープSiC界面における電気伝導機構の解析を行ってきた。前年度までの研究においては、高品質エピタキシャル成長層(エピ層)上に形成した電極における電気的特性の評価を行ってきたが、実デバイスのオーム性接触の多くが高濃度イオン注入層上に形成されることを念頭に置き、本年度は、リン(P)イオン注入により高濃度化したSiC上に電極を形成し、エピ層を用いる場合との差異を明らかにすることを目的として研究を進めた。ショットキー障壁ダイオード(SBD)を作製し、その電流-電圧特性を測定することにより、Pイオン注入SiCを用いたとき、同一ドーピング密度のエピ層を用いる場合と比較して、電流が数桁大きくなることを明らかにした。さらに、電気伝導機構の詳細な解析により、イオン注入誘起欠陥が形成する深い準位を介したトンネル(トラップアシストトンネル, TAT)がこの電流増大の主要因である可能性を見出した。また、界面での電流増大はオーム性接触形成において有用な特性であることから、接触抵抗率の評価用素子(TLM構造)の作製および解析を行った。その結果、Pイオン注入試料を用いたとき、同濃度のエピ層を用いる場合と比較して1桁程度低い接触抵抗率が得られることを明らかにした。さらに、仕事関数が低いMgを電極として用い、エピタキシャル成長の限界を超える高濃度(8e19 cm-3)の注入を施すことにより、実用レベルの低い接触抵抗率(2e-6 Ωcm2)を達成した。以上の実験および解析により、オーム性接触形成におけるPイオン注入の優位性が定量的に明らかになった。また、本研究で得られた金属/SiC界面の電気伝導機構に関する学術的理解は、低抵抗SiCオーム性接触の設計および形成において非常に有用である。

報告者はこれまで、高温熱処理を施さずに形成した金属/高濃度ドープSiC界面における電気伝導機構の解析を行ってきた。前年度までの研究においては、高品質エピタキシャル成長層(エピ層)上に形成した電極における電気的特性の評価を行ってきたが、実デバイスのオーム性接触の多くが高濃度イオン注入層上に形成されることを念頭に置き、本年度は、リン(P)イオン注入により高濃度化したSiC上に電極を形成し、エピ層を用いる場合との差異を明らかにすることを目的として研究を進めた。ショットキー障壁ダイオード(SBD)を作製し、その電流-電圧特性を測定することにより、Pイオン注入SiCを用いたとき、同一ドーピング密度のエピ層を用いる場合と比較して、電流が数桁大きくなることを明らかにした。さらに、電気伝導機構の詳細な解析により、イオン注入誘起欠陥が形成する深い準位を介したトンネル(トラップアシストトンネル, TAT)がこの電流増大の主要因である可能性を見出した。また、界面での電流増大はオーム性接触形成において有用な特性であることから、接触抵抗率の評価用素子(TLM構造)の作製および解析を行った。その結果、Pイオン注入試料を用いたとき、同濃度のエピ層を用いる場合と比較して1桁程度低い接触抵抗率が得られることを明らかにした。さらに、仕事関数が低いMgを電極として用い、エピタキシャル成長の限界を超える高濃度(8e19 cm-3)の注入を施すことにより、実用レベルの低い接触抵抗率(2e-6 Ωcm2)を達成した。以上の実験および解析により、オーム性接触形成におけるPイオン注入の優位性が定量的に明らかになった。また、本研究で得られた金属/SiC界面の電気伝導機構に関する学術的理解は、低抵抗SiCオーム性接触の設計および形成において非常に有用である。