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公開番号2024112751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-21
出願番号2023118117
出願日2023-07-20
発明の名称金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜とその作製方法、および六方晶窒化ホウ素膜を有する半導体素子と電子デバイス
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所,国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
主分類C30B 29/38 20060101AFI20240814BHJP(結晶成長)
要約【課題】周期表第1族または第2族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜を提供すること。
【解決手段】金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜の作製は、周期表第1族または第2族の金属の塩または水酸化物の水溶液中で六方晶窒化ホウ素膜に対して電気化学的処理を行うことを含む。上記電気化学的処理は、陰極上に六方晶窒化ホウ素単結晶膜を形成すること、および上記水溶液中に配置された陽極と陰極間に通電することを含むことができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
周期表第１族または第２族の金属の塩または水酸化物の水溶液中で六方晶窒化ホウ素膜に対して電気化学的処理を行うことを含む、金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜の作製方法。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記電気化学的処理は、
陰極上に六方晶窒化ホウ素単結晶膜を形成すること、および
前記水溶液中に配置された陽極と前記陰極間に通電することを含む、請求項１に記載の作製方法。
【請求項３】
前記六方晶窒化ホウ素単結晶膜を前記陰極上に形成することは、
六方晶窒化ホウ素単結晶から六方晶窒化ホウ素単結晶の薄膜を取得し、
前記薄膜を前記陰極上に転写することを含む、請求項２に記載の作製方法。
【請求項４】
前記金属は、カリウムである、請求項１に記載の作製方法。
【請求項５】
周期表第１族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜。
【請求項６】
前記金属イオンが膜厚方向において分布する、請求項５に記載の六方晶窒化ホウ素単結晶膜。
【請求項７】
前記金属イオンがカリウムイオンである、請求項６に記載の六方晶窒化ホウ素単結晶膜。
【請求項８】
エネルギー分散型Ｘ線分光法によって求められるカリウムイオン濃度が０ａｔｍ％よりも高く１．０ａｔｍ％以下の領域を有する、請求項７に記載の六方晶窒化ホウ素単結晶膜。
【請求項９】
電子エネルギー損失分光法によって求められるホウ素のＫエッジピーク強度に対するカリウムのＬエッジピーク強度は、０．１以上５以下である、請求項７に記載の六方晶窒化ホウ素単結晶膜。
【請求項１０】
電子エネルギー損失分光法によって求められる窒素のＫエッジピーク強度に対するカリウムのＬエッジピーク強度は、０．１以上５以下である、請求項７に記載の六方晶窒化ホウ素単結晶膜。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態の一つは、周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜とその作製方法に関する。あるいは、本発明の実施形態の一つは、上記六方晶窒化ホウ素単結晶膜を含む半導体素子に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）は、ホウ素原子と窒素原子が交互にｓｐ
２
結合することで形成される層が、窒素原子とホウ素原子が上下に交互に重なるように積層した層状化合物であり、新しいワイドギャップ半導体として期待されている。例えば特許文献１から４には、化学気相堆積（ＣＶＤ）法やスパッタリング法で六方晶窒化ホウ素膜を形成する際に不純物を添加することで、マグネシウムやケイ素、リチウム、炭素、硫黄などの元素でドーピングされた六方晶窒化ホウ素膜を作製できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１２－０４１２２１号公報
特開２０１５－０３０６４７号公報
特開２０１５－０３０６４８号公報
特開２０１５－０３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態の一つは、周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜を穏和な条件下で作製するための方法を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、上記六方晶窒化ホウ素単結晶膜を含む半導体素子を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態の一つは、金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜の作製方法である。この作製方法は、周期表第１族または第２族の金属の塩または水酸化物の水溶液中で六方晶窒化ホウ素膜に対して電気化学的処理を行うことを含む。
【０００６】
本発明の実施形態の一つは、周期表第１族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜である。
【０００７】
本発明の実施形態の一つは、上記金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜を含む半導体素子および半導体デバイスである。
【０００８】
本発明の実施形態の一つは、半導体素子である。この半導体素子は、ゲート電極、周期表第１族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜、ゲート電極と六方晶窒化ホウ素単結晶膜の間のゲート絶縁膜、および六方晶窒化ホウ素単結晶膜と電気的に接続される一対の電極端子を含む。
【０００９】
本発明の実施形態の一つは、上記半導体素子を含む電子デバイスである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態の一つに係る、周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜の作製方法を示すフローチャート。
本発明の実施形態の一つに係る、周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜の作製方法を示す模式図。
本発明の実施形態の一つに係る、周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜の作製方法を示す模式図。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）スペクトル。
比較例の六方晶窒化ホウ素単結晶膜のＥＤＳスペクトル。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜の環状暗視野（ＡＤＦ）像。
図５の点Ａにおける電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）スペクトル。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜のホウ素元素のマッピング像。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜の窒素元素のマッピング像。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜のカリウム元素のマッピング像。
実施例で作製したカリウムイオンでドープされた六方晶窒化ホウ素単結晶膜の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像。
図８の測定点０４１におけるＥＤＳスペクトル。
ドープ前およびカリウムイオンによるドーピング後の六方晶窒化ホウ素単結晶膜のラマンスペクトル。
ドープ前およびカリウムイオンによるドーピング後の六方晶窒化ホウ素単結晶膜のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）スペクトル。
本発明の実施形態の一つに係る周期表第１族または第２族の金属イオンでドープされた六方晶窒化ホウ素膜を含む電界効果トランジスタの模式的端面図。
実施例で作製したカリウムドープされた六方晶窒化ホウ素膜を含むトランジスタ、および未ドープ六方晶窒化ホウ素膜を含む電界効果トランジスタのＶ
ＧＳ
－Ｉ
ＤＳ
特性。
実施例で作製したカリウムドープされた六方晶窒化ホウ素膜を含む電界効果トランジスタのＶ
ＧＳ
－Ｉ
ＤＳ
特性。
実施例で作製した未ドープ六方晶窒化ホウ素膜を含む電界効果トランジスタのＶ
ＧＳ
－Ｉ
ＤＳ
特性。
実施例で作製したカリウムドープされた六方晶窒化ホウ素膜の電界電子放出特性を示す陽極電圧－放出電流プロット。
実施例で作製したカリウムドープされた六方晶窒化ホウ素膜の電界電子放出特性から得られたファウラー－ノルドハイム（Ｆ－Ｎ）プロット。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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