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窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体及びn型半導体素子の製造方法 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P150012048
掲載日 2015年6月17日
出願番号 特願2013-541636
登録番号 特許第6083676号
出願日 平成24年11月1日(2012.11.1)
登録日 平成29年2月3日(2017.2.3)
国際出願番号 JP2012007029
国際公開番号 WO2013065315
国際出願日 平成24年11月1日(2012.11.1)
国際公開日 平成25年5月10日(2013.5.10)
優先権データ
  • 特願2011-241063 (2011.11.2) JP
発明者
  • 本多 謙介
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体及びn型半導体素子の製造方法 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 低温で成膜可能で広いバンドギャップを有し、安価に製造できるシリコンカーバイドよりなるn型半導体を提供することを課題とし、珪素、炭素及び窒素を有効成分とし、珪素と炭素の原子数比が1対3~5であり、珪素と炭素の合計原子数に対して窒素の原子数が1~5%であることを特徴とする窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体、及びアルキルシラン化合物及びアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも1種のシラン化合物と、シラザン化合物とを原料とし、プラズマCVD法により、n型半導体を基板上に薄膜として形成することを特徴とするn型半導体素子の製造方法により解決しようとする。
従来技術、競合技術の概要



地球温暖化の問題から二酸化炭素を排出しない、しかも安全な新エネルギーシステムとして、太陽光発電が注目されている。現在、太陽光発電素子としては、一般にシリコン半導体が用いられている。しかし、一方でより高性能な半導体素子を求める研究もなされている。その一つとして、シリコンカーバイト(SiC)が次世代の半導体として注目されている。SiC半導体素子は、従来のシリコン(Si)半導体素子に比べて絶縁破壊電界が一桁以上大きく、熱伝導性がSiの3倍、耐熱性、耐薬品性にも優れ、放射能に対する耐性が2桁高い。また、バンドギヤップも、Siに比べて大きい特徴もある。従って、SiC半導体は、Si半導体より、小型、低損失、高効率のパワー素子、高周波素子や耐放射線性の半導体となり得る可能性がある。そこで、超低損失の電力変換デバイス、携帯電話の基地局等に使用される高周波素子としても期待される。





このため単結晶SiCをベースとした半導体の研究開発が多く行われている。n型のSiC半導体実現のためには、SiC中にドナーとなる周期律表第5族の元素をドープする必要があり、一般にはSiCを2000℃近く加熱し、窒素ガスをSiC中に拡散させるか又は800℃近くでイオン注入する方法が採られている(非特許文献1)。しかしながら、これらの研究ではn型半導体とするため極めて高い温度を必要とし、光電発電等の目的で透明なガラス基板上への半導体膜の形成が困難であるうえ、窒素ガスなどのSiCへの拡散は、容易ではなく、ドナー密度は1×1010~5×1012cm-3程度である。





そこで、本発明者らは、SiC原料として、窒素含有有機珪素化合物を用い、CVD法(化学蒸着法)により、窒素含有SiC薄膜を合成することを試みた(非特許文献2)。すなわち、原料としてヘキサメチルジシラザンを原料としプラズマCVDを用いて基板上に薄膜を形成させた。この膜は、X線光電子光(XPS)によりSi-C結合を有することが確認され、広いバンドギャップが計測された。しかしながら、この膜はn型半導体としての機能を示すものではなかった。

産業上の利用分野



本発明は、n型アモルファスシリコンカーバイド半導体素子及びその製造方法に係わる。詳しくは、窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体及びその製造方法である。

特許請求の範囲 【請求項1】
珪素、炭素及び窒素を有効成分とし、前記珪素と前記炭素の原子数比が1対3~5であり、前記珪素と前記炭素の合計原子数に対して前記窒素の原子数が1~5%であることを特徴とする窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体。

【請求項2】
珪素と炭素の原子数比が1対4.5~4.9であり、前記珪素と前記炭素の合計原子数に対して窒素の原子数が1~2%であることを特徴とする請求項1記載の窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体。

【請求項3】
常温~80℃で常圧下に液体であるアルキルシラン化合物及びアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも1種のシラン化合物と、常温~80℃で常圧下に液体であるシラザン化合物とを原料とし、プラズマCVD法により、請求項1又は2記載の窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体を基板上に薄膜として形成することを特徴とするn型半導体素子の製造方法。

【請求項4】
シラン化合物に対して、シラザン化合物を0.1~10モル%用いることを特徴とする請求項3記載のn型半導体素子の製造方法。

【請求項5】
シラン化合物が、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン、テトラプロピルシラン、テトラブチルシラン及びテトラエトキシシランから選ばれる少なくとも1種であり、シラザン化合物が、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザン、1,1,1,3,3,3-ヘキサエチルジシラザン、トリス(トリメチルシリル)アミン及びビストリメチルシリルメチルアミンから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項3又は4記載のn型半導体素子の製造方法。

【請求項6】
テトラエチルシランに対して、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラザンを2~6モル%用いることを特徴とする請求項5記載のn型半導体素子の製造方法。

【請求項7】
常温~80℃で常圧下に液体であるアルキルシラン化合物及びアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも1種のシラン化合物と、常温~80℃で常圧下に液体であるシラザン化合物とを原料とし、前記シラン化合物に対して、前記シラザン化合物を0.1~10モル%用いて、プラズマCVD法により、窒素がドープされたアモルファスシリコンカーバイドよりなるn型半導体を基板上に薄膜として形成することを特徴とするn型半導体素子の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
山口TLOは平成11年11月に山口大学の教官50名の出資により設立された、リエゾン一体型のTLO活動会社です。山口大学を主とし、山口県内の大学・高専の研究成果をご紹介致します。特許の内容に興味を持たれた方は、下記までご連絡ください。


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