Deactivation of nitrogen donors in silicon carbide

炭化ケイ素中の窒素ドナーの不活性化

Schmid, F.*; Reshanov, S. A.*; Weber, H. B.*; Pensl, G.*; Bockstedte, M.*; Mattausch, A.*; Pankratov, O.*; 大島 武; 伊藤 久義

Schmid, F.*; Reshanov, S. A.*; Weber, H. B.*; Pensl, G.*; Bockstedte, M.*; Mattausch, A.*; Pankratov, O.*; Oshima, Takeshi; Ito, Hisayoshi

六方晶炭化ケイ素中に含まれる窒素ドナーの電気的活性化率と欠陥の関係を調べた。p型エピタキシャルSiCに500Cで窒素(N)イオン注入及び1700Cまでの熱処理を行いn型領域を形成した。併せて、N注入後にシリコン(Si)、炭素(C)及びネオン(Ne)注入した試料も作製した。また、200keV電子線を室温照射した試料も作製した。Si, C, Ne注入量とNドナー濃度,補償中心濃度の関係を調べたところ、N注入、Ne/N注入、C/N注入試料では濃度の増加とともにNドナー濃度は減少し補償中心が増加するのに対し、Si/N注入試料のみNドナー濃度と補償中心濃度の両方が低下することが見いだした。また、熱処理を行ったところ、Si/N及び電子線照射試料のみ1450Cの熱処理温度以上では、Nドナー濃度と補償中心濃度の両方が低下することが判明した。理論解析を試みたところ高温では4個のC置換位置NとSi空孔の複空孔((N)-V)が安定な欠陥であると帰結された。Si/N注入では過剰なNがVを減少させること,低エネルギー電子線照射ではCのみはじき出されることを考えると補償中心はV関連欠陥であり、高温では(N)-Vの形成によりNドナーの活性化率が減少することが帰結された。

Hexagonal SiC is co-implanted with silicon Si, carbon C, or neon Ne ions along with nitrogen N ions. Also hexagonal SiC irradiated with electrons e of 200 keV energy. During the subsequent annealing step at temperatures above 1450 C a deactivation of N donors and a reduction of the compensation are observed in the case of the Si/N co-implantation and e irradiation. Using Hall measurement, the N donor deactivation is studied as a function of the concentration of the co-implanted species and the annealing temperature. The formation of energetically deep defects is analyzed with deep level transient spectroscopy. A detailed theoretical analysis based on the density functional theory is conducted; it takes into account the kinetic mechanisms for the formation of N interstitial clusters and N-vacancy complexes. In accordance with all the experimental results, this analysis distinctly indicates that the (N)-V complex, which is thermally stable at high temperatures, is responsible for the N donor deactivation.