Introduction of phosphorus atoms in silicon carbide using nuclear transmutation doping at elevated temperatures

高温中性子転換ドーピングによるSiC中へのリン原子の導入

大島 武; 森下 憲雄; 神谷 富裕; 磯谷 順一*; 馬場 信一; 相原 純 ; 山地 雅俊*; 石原 正博 

Oshima, Takeshi; Morishita, Norio; Kamiya, Tomihiro; Isoya, Junichi*; Baba, Shinichi; Aihara, Jun; Yamaji, Masatoshi*; Ishihara, Masahiro

炭化ケイ素(SiC)の高温中性子転換ドーピング技術の確立のために、JMTRにより1200Cで中性子線照射した六方晶SiCの電気特性をHall測定により調べた。試料は中性子照射後に1600から1800Cの範囲で熱処理を行った。その結果、1700Cまでの熱処理ではp型伝導であったのに対し、1800C熱処理後にはn型を示し、中性子転換ドーピングにより生成されたリンドナーが電気的に活性化することが明らかとなった。また、SiC中のリンの検出方法を確立するために電子スピン共鳴(ESR)によるリンドナーの探索を行った。Cの超微細相互作用を詳細に調べた結果、P, Pのリンドナーに起因する二つのシグナルの観察に成功した。

For the application of SiC to electronic devices, it is necessary to develop the fabrication technique of high quality SiC substrates with uniform carrier concentration. Since phosphorus (P) atoms become shallow donors in SiC, nuclear transmutation doping (NTD) is thought to be a good method for the fabrication of n-type SiC substrates with uniform electron concentration. However, defects are also introduced in SiC by neutron irradiation. Although thermal annealing at high temperatures above 1500C is carried out to remove defects after irradiation, heavy damage in SiC is hard to recover. Therefore, the process for the reduction of defects in SiC irradiated with neutrons is necessary to develop. In this study, neutron irradiation into SiC at elevated temperature was carried out to decrease radiation damage. The electrical properties of the samples are studied using Hall effect measurement. Furthermore, to establish the measurement technique for the estimation of P atoms created in SiC by NTD, P atoms in SiC were investigated using Electron Spin Resonance (ESR).