WO2016151723A1 - レーザドーピング装置及びレーザドーピング方法 - Google Patents

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池上　浩
晃裕 池田
種正 浅野
若林　理
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ギガフォトン株式会社
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    • H01S3/10038—Amplitude control
    • H01S3/10046—Pulse repetition rate control

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser doping apparatus and a laser doping method.
  • SiC Silicon carbide
  • SiC is being developed as a next-generation power device material.
  • SiC has a large band gap, a high dielectric breakdown electric field (approximately 10 times that of Si), excellent thermal conductivity, etc., as compared to silicon (Si), which is conventionally used as a semiconductor material. It is characterized by being stable.
  • Non-Patent Documents 1 to 5 doping of impurities by irradiating SiC with pulsed laser light in a solution containing a dopant is studied.
  • a sufficient doping depth may not be obtained as follows.
  • N nitrogen
  • P phosphorus
  • the p-type dopant an example in which the doping depth of aluminum (Al) has reached about 40 nm has been reported, but no example in which a doping depth higher than that has been achieved has been reported.
  • a laser doping apparatus is a laser doping apparatus that performs doping by irradiating a predetermined region of a semiconductor material with a pulsed laser beam; and a solution supply system that supplies a solution containing a dopant to the predetermined region; You may provide the laser system containing the at least 1 laser apparatus which outputs the pulse laser beam which permeate
  • a laser doping apparatus is a solution supply system that supplies a solution containing boron to a predetermined region in a laser doping apparatus that performs doping by irradiating a predetermined region of a semiconductor material with pulsed laser light. And at least one laser device that outputs pulsed laser light that passes through a solution containing boron.
  • a laser doping method is a laser doping method that performs doping by irradiating a predetermined region of a semiconductor material with a pulsed laser beam, and supplying a solution containing a dopant to the predetermined region;
  • the method may include outputting pulsed laser light that passes through the solution containing the dopant and adjusting a pulse time waveform of the pulsed laser light.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a laser doping apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 2 schematically illustrates the configuration of the laser doping apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A shows the configuration of the optical pulse stretcher shown in FIG.
  • FIG. 3B is a graph showing a pulse time waveform of pulse laser light when the optical pulse stretcher is not used and when the optical pulse stretcher is used.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the concentration of aluminum doped in 4H—SiC and the doping depth.
  • FIG. 4B is a graph showing diode characteristics when a p-type layer is formed by doping aluminum into a part of an n-type 4H—SiC substrate.
  • FIG. 5 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6A shows the configuration of the optical pulse stretcher shown in FIG.
  • FIG. 6B shows a state in which the beam splitter is moved to a position different from that in FIG. 6A and the posture of the concave mirror is different from that in FIG. 6A.
  • FIG. 6C shows a state in which the posture of the concave mirror is different from that in FIG. 6B.
  • FIG. 6A shows the configuration of the optical pulse stretcher shown in FIG.
  • FIG. 6B shows a state in which the beam splitter is moved to a position different from that in FIG. 6A and the posture of the concave mirror is different from that in FIG. 6A.
  • FIG. 6C shows a state in which the posture
  • FIG. 6D is a view of the beam splitter, the holder, the arm, the moving table, and the single-axis stage as seen from the direction perpendicular to the reflecting surface of the beam splitter.
  • FIG. 6E shows a state in which the beam splitter is moved to a position different from that in FIG. 6D.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a doping control process by the doping control unit shown in FIG.
  • FIG. 8A is a flowchart showing details of a process of reading the pulse time waveform generation parameter shown in FIG.
  • FIG. 8B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameter shown in FIG.
  • FIG. 8C is a flowchart showing details of processing for setting the target pulse energy shown in FIG.
  • FIG. 8A is a flowchart showing details of a process of reading the pulse time waveform generation parameter shown in FIG.
  • FIG. 8B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameter
  • FIG. 9 is a flowchart showing a modification of the doping control process by the doping control unit shown in FIG.
  • FIG. 10A is a flowchart showing details of processing for reading the irradiation condition parameters shown in FIG.
  • FIG. 10B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameter shown in FIG.
  • FIG. 10C is a flowchart showing details of processing for setting the target pulse energy shown in FIG.
  • FIG. 11 shows an example of the dopant concentration distribution in the depth direction of the semiconductor that can be produced in the modification shown in FIG. 9 and FIGS. 10A to 10C.
  • FIG. 12 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a doping control process by the doping control unit shown in FIG.
  • FIG. 14A is a flowchart showing details of processing for reading the irradiation condition parameters shown in FIG.
  • FIG. 14B is a flowchart showing details of a process for controlling the variable slit 42a shown in FIG.
  • FIG. 15A schematically shows a semiconductor device that can be fabricated in the third embodiment.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line XVB-XVB shown in FIG. 15A.
  • FIG. 16A shows a configuration of an optical pulse stretcher used in a laser doping apparatus according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16B is a view of a plurality of beam splitters used in the optical pulse stretcher shown in FIG.
  • FIG. 17 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 18 shows a timing chart of the trigger signal and pulsed laser light in the laser doping apparatus shown in FIG.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a doping control process by the doping control unit shown in FIG.
  • FIG. 20A is a flowchart showing details of the processing for reading the irradiation condition parameters shown in FIG.
  • FIG. 20B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameter shown in FIG. FIG.
  • FIG. 21 shows the relationship between the concentration of boron doped in 4H—SiC and the doping depth when a solution containing boron is used as a solution containing a dopant in the laser doping apparatus according to the sixth embodiment of the present disclosure. It is a graph which shows.
  • FIG. 22 shows a specific configuration of the above laser apparatus.
  • FIG. 23 shows the internal configuration of the laser chamber shown in FIG. 22 and the configuration of the pulse power module.
  • FIG. 24 is a perspective view showing an example of a fly-eye lens 41a included in the beam homogenizer 41 described above.
  • FIG. 25 is a perspective view showing a modification of the fly-eye lens included in the beam homogenizer 41 described above.
  • FIG. 26 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the control unit.
  • Laser doping apparatus capable of varying pulse time waveform (second embodiment) 4.1 Configuration 4.2 Details of Optical Pulse Stretcher 4.3 Processing of Doping Control Unit 4.3.1 Main Flow 4.3.2 Details of S110 4.3.3 Details of S140 4.3.4 S170 4.4 Details of Processing of Doping Control Unit 4.4.1 Main Flow 4.4.2 Details of S110a 4.4.3 Details of S140a 4.4.4 Details of S170a Laser doping apparatus capable of changing shape and size of irradiation region (third embodiment) 5.1 Configuration 5.2 Processing of Doping Control Unit 5.2.1 Main Flow 5.2.2 Details of S110b 5.2.3 Details of S180 Variations of beam splitter (fourth embodiment) 7).
  • Laser doping apparatus including a plurality of laser units (fifth embodiment) 7.1 Configuration and Operation 7.2 Processing of Doping Control Unit 7.2.1 Main Flow 7.2.2 Details of S110c 7.2.3 Details of S140c 7.3 Action 8. Laser doping apparatus using a solution containing boron (sixth embodiment) 9. Others 9.1 Details of laser device 9.2 Configuration of fly-eye lens 9.3 Configuration of controller
  • the present disclosure relates to a laser doping apparatus or a laser doping method for doping a semiconductor material by irradiating the semiconductor material with a pulsed laser beam in an ultraviolet region in a solution containing a dopant.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a laser doping apparatus according to a comparative example.
  • the laser doping apparatus may include a laser system 3 and a doping apparatus 4.
  • the laser system 3 may include a laser device 2 and an attenuator 18.
  • the laser device 2 may be an excimer laser device that outputs pulsed laser light in the ultraviolet region.
  • the wavelength of the pulsed laser beam is preferably a wavelength that transmits the solution containing the dopant used in the doping apparatus 4 with a high transmittance, and is a wavelength that causes little damage to the semiconductor material that is an object to be irradiated.
  • the laser device 2 may be a laser device using KrF or XeCl as a laser medium.
  • the pulse width of the output pulsed laser light may be about 50 ns.
  • the wavelength of the pulsed laser light may be about 248.4 nm.
  • the wavelength of the pulsed laser light may be about 308 nm.
  • the attenuator 18 is disposed in the optical path of the pulsed laser light output from the laser device 2, and may include two partial reflection mirrors 18a and 18b and rotation stages 18c and 18d of these partial reflection mirrors. .
  • the two partial reflection mirrors 18a and 18b may be optical elements whose transmittance varies depending on the incident angle of the pulse laser beam.
  • the doping apparatus 4 may include a slit 42, a high reflection mirror 43a, a transfer optical system 43d, a table 43f, an XYZ stage 43g, a container 43h, a solution supply system 46, and a monitor device 44.
  • the slit 42 may be disposed in the optical path of the pulse laser beam that has passed through the attenuator 18.
  • the slit 42 may be a slit having two axes substantially orthogonal to each other.
  • the slit 42 may be arranged so that a region having a uniform light intensity distribution in the beam cross section of the pulsed laser light passes through.
  • the high reflection mirror 43a may be a dichroic mirror that reflects the pulsed laser light in the ultraviolet region output from the laser device 2 with high reflectivity and transmits visible light.
  • the high reflection mirror 43a may be arranged so as to reflect the pulse laser beam that has passed through the slit 42 and to enter the transfer optical system 43d.
  • the transfer optical system 43d may be an optical system including one or a plurality of convex lenses, or may be an optical system including one or a plurality of convex lenses and one or a plurality of concave lenses.
  • the transfer optical system 43d may be a lens that corrects chromatic aberration with respect to the wavelengths of visible light and ultraviolet light.
  • the transfer optical system 43d may include a plurality of lenses made of synthetic quartz and calcium fluoride materials.
  • the table 43f may support the container 43h.
  • the container 43h may be configured so that a solution containing the dopant can be stored therein.
  • This solution may be, for example, an aluminum chloride aqueous solution containing aluminum as a dopant, an ammonia aqueous solution containing nitrogen as a dopant, a phosphoric acid aqueous solution containing phosphorus as a dopant, or a solution containing other dopants.
  • the irradiated object 43e may be a semiconductor material used for power devices such as SiC, diamond, and GaN. Although the crystal structure of SiC is not particularly limited, for example, the irradiated object 43e may be 4H—SiC. 4H—SiC may be SiC having a hexagonal crystal structure in which one layer is composed of four layers.
  • the irradiated object 43e may be accommodated in the bottom of the container 43h so as to be immersed in the solution stored in the container 43h.
  • the surface of the irradiation region of the pulse laser beam on the irradiation object 43e may be substantially parallel to the liquid level of the solution stored in the container 43h. At least the region irradiated with the pulse laser beam of the irradiation object 43e may be located below the liquid level of the solution stored in the container 43h.
  • the solution supply system 46 may include a pump 46a, a solution supply pipe 46b, a plate 46c, a window 46d, and a solution discharge pipe 46e.
  • the output of the pump 46a may be connected to a solution supply pipe 46b fixed to the plate 46c.
  • the solution supply pipe 46b may be fixed to the plate 46c in an inclined state with respect to the liquid surface so that the solution flows along the region irradiated with the pulse laser beam of the irradiation object 43e.
  • the outlet of the solution supply pipe 46b may be directed to a region irradiated with the pulse laser beam of the irradiation object 43e.
  • a solution discharge pipe 46e for discharging a part of the solution may be further fixed to the plate 46c.
  • the solution discharged through the solution discharge pipe 46e may be purified as necessary and then stored in a tank (not shown). This tank may be connected to the input of the pump 46a.
  • the XYZ stage 43g may support the table 43f.
  • the XYZ stage 43g may be capable of adjusting the position of the irradiation object 43e accommodated in the container 43h by adjusting the position of the table 43f.
  • the window 46d may be fixed to the plate 46c and disposed in the optical path of pulsed laser light that irradiates the irradiated object 43e.
  • the material of the window 46d may be synthetic quartz that transmits excimer laser light.
  • the lower surface of the window 46d may be in contact with the solution.
  • the upper surface of the window 46d may be located above the liquid level of the solution.
  • the plate 46c may surround the window 46d, and the upper surface of the plate 46c may be positioned above the liquid level of the solution, so that the solution does not flow into the upper surface of the window 46d.
  • the monitor device 44 may include a beam splitter 44a, an illumination device 44b, and a two-dimensional sensor 44c.
  • the beam splitter 44a may be a half mirror that transmits about 50% of visible light and reflects about 50%.
  • the illumination device 44b may be a lamp that emits visible light.
  • the transfer optical system 43d may be configured such that a transfer image of the slit 42 by light in the ultraviolet region is formed at a first predetermined position via the window 46d and a solution containing a dopant.
  • the transfer optical system 43d causes the transfer image of the surface of the irradiated object 43e by visible light to pass through the high reflection mirror 43a and the beam splitter 44a.
  • the image may be formed at the second predetermined position.
  • the two-dimensional sensor 44c may be arranged so that the position of the light receiving surface of the two-dimensional sensor 44c substantially coincides with the second predetermined position.
  • the two partial reflection mirrors 18a and 18b included in the attenuator 18 are configured so that the incident angles of the pulse laser light are substantially equal to each other, and the transmittance of the pulse laser light is a desired transmittance.
  • the posture may be controlled by the rotary stages 18c and 18d. Thereby, the pulsed laser light output from the laser device 2 can be attenuated to a desired pulse energy and pass through the attenuator 18.
  • the pulsed laser light that has passed through the attenuator 18 may pass through two orthogonal axes 42 and enter the transfer optical system 43d via the high reflection mirror 43a.
  • at least a part of the visible light output from the illumination device 44b is reflected by the beam splitter 44a, passes through the high reflection mirror 43a, and passes through the solution including the transfer optical system 43d, the window 46d, and the dopant.
  • the surface of the irradiated object 43e may be illuminated.
  • the transfer optical system 43d can form a transfer image of the slit 42 by light in the ultraviolet region on the surface of the irradiation object 43e. That is, the pulse laser beam can pass through the window 46d and the solution containing the dopant, and can be irradiated on the surface of the irradiation object 43e. As a result, in the region where the image of the slit 42 is transferred, the dopant can diffuse in the depth direction from the surface of the irradiated object 43e.
  • the lower surface of the window 46d is in contact with the solution, and the upper surface of the window 46d may not be in contact with the solution. Thereby, it can be suppressed that the liquid surface is shaken by the solution flow generated by the solution supply system 46 and the transfer image by the transfer optical system 43d is distorted or the transfer position is changed.
  • the flow rate of the pump 46a may be controlled so that a solution flow is formed inside the container 43h. Even when bubbles are generated in the solution by the energy of the pulse laser beam, the bubbles can be removed from the irradiation region of the pulse laser beam by the flow of the solution. Thereby, it can suppress that the imaging performance of the transfer optical system 43d falls by a bubble.
  • the impurity doping depth is preferably 100 nm or more.
  • a pulse time waveform adjusting device such as an optical pulse stretcher may be arranged in the optical path of the pulse laser beam output from the laser device.
  • a pulse laser beam having a long pulse time width may be generated by the pulse time waveform adjusting device and irradiated on the surface of the irradiation object 43e in the solution.
  • FIG. 2 schematically illustrates the configuration of the laser doping apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the laser system 3a includes an optical pulse stretcher 16, a pulse time waveform measuring unit 19, and a laser system in addition to the configuration of the laser system described with reference to FIG. And a control unit 31.
  • the doping apparatus 4a may include a doping control unit 45 in addition to the configuration of the doping apparatus described with reference to FIG.
  • the optical pulse stretcher 16 may be disposed in the optical path of the pulse laser beam between the laser device 2 and the attenuator 18.
  • the optical pulse stretcher 16 may include a beam splitter and a delay optical system.
  • the optical pulse stretcher 16 may correspond to the pulse time waveform adjustment device in the present disclosure.
  • the pulse time waveform measurement unit 19 may be disposed in the optical path of the pulse laser beam between the attenuator 18 and the doping apparatus 4a.
  • the pulse time waveform measurement unit 19 may include a beam splitter 19a, a condensing optical system 19b, and an optical sensor 19c.
  • the beam splitter 19a may transmit the pulse laser beam that has passed through the attenuator 18 with high transmittance, and may reflect a part of the pulse laser beam toward the condensing optical system 19b.
  • the condensing optical system 19b may condense the light reflected by the beam splitter 19a on the photosensitive surface of the optical sensor 19c.
  • the optical sensor 19c may be a high-speed photodiode or a biplanar tube.
  • the doping control unit 45 may receive the image data from the two-dimensional sensor 44c of the monitor device 44, and may control the XYZ stage 43g so that the contrast of the image data is increased.
  • the image of the surface of the irradiation object 43e may be transferred to the light receiving surface of the two-dimensional sensor 44c by the transfer optical system 43d.
  • the image of the slit 42 can be transferred onto the surface of the irradiation object 43e by the transfer optical system 43d.
  • the doping control unit 45 transmits data of the target pulse energy Et of the pulse laser light that has passed through the attenuator 18 to the laser system control unit 31 so that the fluence of the pulse laser light in the irradiation object 43e becomes a predetermined value. Also good.
  • T1 may be the transmittance of the optical pulse stretcher 16.
  • the doping controller 45 may drive the pump 46a so that the solution flows between the irradiation region of the pulsed laser light on the irradiation object 43e and the window 46d.
  • the doping control unit 45 may transmit a light emission trigger signal to the laser device 2 via the laser system control unit 31.
  • a light emission trigger signal is input to the laser device 2
  • pulse laser light having pulse energy near the target pulse energy EL ⁇ b> 1 can be output from the laser device 2.
  • the output pulsed laser light enters the optical pulse stretcher 16 and can be pulse stretched.
  • the pulse-stretched pulsed laser light may be attenuated by the attenuator 18 so as to have a pulse energy near the target pulse energy Et. Thereafter, the pulsed laser light is partially reflected by the beam splitter 19a of the pulse time waveform measuring unit 19 and can enter the optical sensor 19c via the condensing optical system 19b.
  • the laser system control unit 31 may receive a signal from the optical sensor 19c and measure the pulse time waveform of the pulse laser beam. Alternatively, the pulse time waveform may be integrated to calculate the pulse energy to confirm whether the pulse energy is near the target pulse energy Et. Further, the measured pulse time waveform data may be transmitted to the doping control unit 45.
  • the pulsed laser light that has passed through the pulse time waveform measuring unit 19 can enter the slit 42 of the doping apparatus 4a.
  • the pulse laser beam that has passed through the slit 42 may be reflected by the high reflection mirror 43a and may enter the irradiation object 43e via the transfer optical system 43d, the window 46d, and the solution. Thereby, the dopant in the solution can be doped in the irradiation region of the irradiation object 43e.
  • FIG. 3A shows the configuration of the optical pulse stretcher shown in FIG.
  • the optical pulse stretcher 16 may include a beam splitter 16y and concave mirrors 16a to 16h.
  • the beam splitter 16y may include a substrate that transmits the pulsed laser light with high transmittance.
  • the first surface 161 of the substrate may be coated with a reduced reflection film, and the second surface 162 of the substrate may be coated with a partial reflection film.
  • the beam splitter 16y may be supported by the holder 16o.
  • the concave mirrors 16a to 16h can constitute a delay optical system.
  • Each of the concave mirrors 16a to 16h may be a concave mirror having substantially the same focal length F.
  • the focal length F may correspond to, for example, the distance from the beam splitter 16y to the concave mirror 16a.
  • the pulsed laser light incident on the beam splitter 16y from the left side in the figure can pass through the first surface 161 with high transmittance and can enter the partial reflection film on the second surface 162.
  • the pulsed laser light incident on the second surface 162 can be branched into a first optical path and a second optical path. That is, a part of the pulsed laser light incident on the beam splitter 16y from the left side in the drawing is transmitted and proceeds to the first optical path to become the first output pulse P1.
  • the other part of the pulsed laser light incident on the beam splitter 16y from the left side in the drawing is reflected, proceeds to the second optical path, and can be reflected by the concave mirror 16a.
  • the pulsed laser light reflected by the concave mirror 16a may be reflected in the order of the concave mirrors 16d, 16e, 16h, 16g, 16f, 16c, and 16b and may enter the beam splitter 16y from the upper side in the drawing.
  • a part of the pulsed laser light incident on the beam splitter 16y from the upper side in the drawing is reflected and can travel to the first optical path to become the second output pulse P2.
  • the other part of the pulsed laser light incident on the beam splitter 16y from the upper side in the figure can pass through the beam splitter 16y and travel again to the second optical path.
  • the first output pulse P1 incident on and transmitted through the beam splitter 16y from the left side in the figure and the second output pulse P2 incident on and reflected from the beam splitter 16y from the upper side in the figure are substantially the same optical path axis. Thus, it can be output from the optical pulse stretcher 16 toward the right side in the figure.
  • the optical path length of the delay optical path that passes through the concave mirrors 16a to 16h can correspond to 16 times the focal length F of each of the concave mirrors 16a to 16h.
  • the delay time of the second output pulse P2 with respect to the first output pulse P1 can be 16 F / c, where c is the speed of light.
  • the pulse laser beam that has entered the beam splitter 16y from the upper side in the drawing and is transmitted is reflected again by the concave mirror 16a, passes through the same delay optical path as described above, and again enters the beam splitter 16y from the upper side in the drawing. Good.
  • a part of the pulse laser beam incident on the beam splitter 16y again from the upper side in the figure can be reflected and output from the optical pulse stretcher 16 toward the right side in the figure.
  • third and fourth output pulses may be output on the optical path axes substantially the same as the first and second output pulses P1 and P2, and the pulse laser beam may be pulse stretched.
  • FIG. 3A shows an example using eight concave mirrors
  • the present disclosure is not limited to this example, and a larger number of concave mirrors may be similarly arranged.
  • fewer than eight concave mirrors, for example, four concave mirrors may be arranged.
  • FIG. 3B is a graph showing a pulse time waveform of pulse laser light when the optical pulse stretcher is not used and when the optical pulse stretcher is used.
  • the optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher was 7 m, and the reflectance of the beam splitter 16y was 62%.
  • the pulse time width ⁇ T TIS of the pulse laser beam was about 50 ns.
  • the pulse time width ⁇ T TIS of the pulse laser beam was about 80 ns.
  • the pulse time width ⁇ T TIS of the pulse laser beam may be calculated by the following equation.
  • ⁇ T TIS [ ⁇ I (t) dt] 2 / ⁇ I (t) 2 dt
  • the irradiation of the semiconductor material irradiation object 43e with the pulse-stretched pulsed laser light in the solution containing the dopant is performed as compared with the case where the pulse stretching is not performed.
  • the depth can be increased.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the concentration of aluminum doped in 4H—SiC and the doping depth.
  • a saturated aluminum chloride aqueous solution was used as the solution containing the dopant.
  • the pulse laser beam KrF excimer laser beam was used, the fluence per pulse was 4.5 J / cm 2 , the repetition frequency was 100 Hz, and the number of irradiation shots at one place was 10 pulses.
  • the pulse time waveform and the pulse time width are as described with reference to FIG. 3B both when the optical pulse stretcher is not used and when the optical pulse stretcher is used.
  • the concentration of aluminum doped in 4H—SiC was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). As shown in FIG. 4A, the doping time of aluminum was improved from 40 nm to 120 nm by extending the pulse time width of the pulse laser beam from 50 ns to 80 ns using an optical pulse stretcher. Although FIG. 4A describes the case where 4H—SiC is doped with aluminum, the present disclosure is not limited thereto. Even in the case of doping to diamond or GaN, it can be expected that the doping depth is increased by extending the pulse time width of the pulse laser beam irradiated in the aluminum chloride aqueous solution.
  • FIG. 4B is a graph showing diode characteristics when a p-type layer is formed by doping aluminum into a part of a 4H—SiC n-type substrate.
  • the horizontal axis represents a value obtained by subtracting the voltage applied to the n-type substrate from the voltage applied to the p-type layer.
  • the vertical axis represents current. Since the value on the horizontal axis is 0 or more, FIG. 4B shows the characteristics of the forward bias.
  • the ON voltage which is the voltage at which the forward current starts to flow
  • the ON-voltage was about 2V.
  • the ON voltage is 2V to 3V. Therefore, the result shown in FIG. 4B can prove that a pn junction is formed by using an optical pulse stretcher to form a p-type layer and can be used as a semiconductor device.
  • FIG. 5 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the laser system 3b may include an optical pulse stretcher 16 ⁇ instead of the optical pulse stretcher 16 described with reference to FIG.
  • the doping apparatus 4b may include a beam homogenizer 41 in addition to the configuration of the doping apparatus described with reference to FIG.
  • the beam homogenizer 41 may be disposed in the optical path of the pulse laser beam between the pulse time waveform measuring unit 19 and the slit 42.
  • the beam homogenizer 41 may include a fly-eye lens 41a and a condenser optical system 41b.
  • the condenser optical system 41 b may be arranged so that the position of the rear focal point substantially coincides with the position of the slit 42.
  • the fly-eye lens 41a may be arranged such that the position of the focal plane including the front focal point of the plurality of lenses included in the fly-eye lens 41a substantially coincides with the position of the front focal plane of the condenser optical system 41b.
  • the pulse laser beam incident on the doping apparatus 4 b can Koehler illuminate the slit 42 by the beam homogenizer 41. As a result, the light intensity distribution of the pulse laser beam can be made uniform.
  • FIG. 6A shows the configuration of the optical pulse stretcher shown in FIG.
  • the optical pulse stretcher 16 ⁇ may include a beam splitter 16n instead of the beam splitter 16y described with reference to FIG. 3A.
  • the concave mirrors 16a to 16h the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f may be supported by the rotary stages 16i, 16j, 16k, and 16m, respectively.
  • the first surface 161 of the beam splitter 16n may be coated with a reduced reflection film, and the second surface 162 may be coated with a partial reflection film having a reflectance distribution in the arrow B direction.
  • the beam splitter 16n may be supported by the arm 16p via the holder 16o.
  • the arm 16p may be supported by the moving table 16q, and the moving table 16q may be supported by the uniaxial stage 16r.
  • 6D and 6E are views of the beam splitter 16n, the holder 16o, the arm 16p, the moving table 16q, and the uniaxial stage 16r viewed from a direction perpendicular to the reflecting surface of the beam splitter 16n.
  • 6B, 6C, and 6E show a state in which the beam splitter 16n and the like are moved to positions different from those in FIGS. 6A and 6D.
  • the uniaxial stage 16r may be configured to reciprocate the beam splitter 16n, the holder 16o, the arm 16p, and the moving table 16q in the arrow B direction.
  • the single axis stage 16r may be controlled by the laser system control unit 31 (FIG. 5). Thereby, the beam splitter 16n may be configured to be able to reciprocate in the direction of the arrow B while maintaining the incident angle of the pulse laser beam.
  • the rotary stages 16i, 16j, 16k, and 16m may be configured to control the respective postures by rotating the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f in the plane of the paper. .
  • the rotary stages 16i, 16j, 16k, and 16m may be controlled by the laser system control unit 31 (FIG. 5).
  • FIG. 6B shows a state in which the postures of the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f are different from those in FIG. 6A.
  • the pulse laser light reflected by the concave mirror 16a is reflected in the order of the concave mirrors 16d, 16e, 16f, 16c, and 16b.
  • the concave mirrors 16h and 16g may be skipped.
  • the optical path length of the delay optical path may correspond to about 12 times the focal length F of each of the concave mirrors 16a to 16h.
  • FIG. 6C shows a state in which the postures of the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f are different from those in FIGS. 6A and 6B.
  • the pulsed laser light reflected by the concave mirror 16a may be reflected in the order of the concave mirrors 16d, 16c, and 16b. That is, the concave mirrors 16e, 16h, 16g, and 16f may be skipped.
  • the optical path length of the delay optical path may correspond to about 8 times the focal length F of each of the concave mirrors 16a to 16h.
  • the optical path length of the delay optical path can be varied to 8F, 12F, and 16F depending on the posture of the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f.
  • a transfer image of the beam cross section of the pulsed laser light incident on the second surface 162 of the beam splitter 16n can be formed on the second surface 162 of the beam splitter 16n.
  • the reflectance of the pulsed laser light at the beam splitter 16n can be changed by the reciprocating movement of the single-axis stage 16r in the direction of arrow B through the position of the beam splitter 16n.
  • the intensity ratio of the second output pulse P2 and the third and fourth output pulses to the first output pulse P1 can be changed by changing the reflectance of the pulsed laser light in the beam splitter 16n, so that the optical pulse stretcher
  • the pulse time waveform of the pulse laser beam output from 16 ⁇ can be changed.
  • the pulse time intervals of the first to fourth output pulses and the first to fourth output pulses are changed.
  • the light intensity ratio of the output pulses can be changed.
  • Other points may be the same as those of the laser doping apparatus described with reference to FIGS. 2 and 3A.
  • FIG. 7 is a flowchart showing processing of doping control by the doping control unit shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may perform doping using pulsed laser light having a desired pulse time waveform by the following processing.
  • the doping control unit 45 may determine whether or not the pulse time waveform generation parameter data has been received.
  • the pulse time waveform generation parameter data may be received by an operator, for example, or may be received from a computer system (not shown) through a network.
  • the pulse time waveform generation parameter is a parameter necessary for generating the pulse time waveform. In this case, the target value of the reflectance of the beam splitter 16n and the target of the optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher 16 ⁇ . And a value.
  • the doping control unit 45 may advance the process to S110. When the pulse time waveform generation parameter data is not received, the doping control unit 45 may wait until the pulse time waveform generation parameter data is received.
  • the doping control unit 45 may read the received pulse time waveform generation parameter. Details of this processing will be described later with reference to FIG. 8A.
  • the doping control unit 45 may control the pump 46a (FIG. 5) so as to start supplying a solution containing the dopant to the surface of the irradiated object.
  • the doping control unit 45 may control the XYZ stage 43g with reference to the image of the two-dimensional sensor 44c (FIG. 5) so as to be positioned in a desired irradiation region.
  • the doping control unit 45 may set the laser system 3b to the received pulse time waveform generation parameter. That is, the doping control unit 45 may transmit the target value of the optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher 16 ⁇ and the target value of the reflectance of the beam splitter 16n to the laser system control unit 31. Details of this processing will be described later with reference to FIG. 8B.
  • the doping control unit 45 may determine whether or not the data of the fluence target value F and the shot number S have been received.
  • the data of the fluence target value F and the shot number S may be received by an operator, for example, or may be received from a computer system (not shown) through a network.
  • the doping control unit 45 may advance the process to S160.
  • the doping control unit 45 may wait until the data of the fluence target value F and the shot number S are received.
  • the doping control unit 45 may read the received fluence target value F and shot number S data.
  • the doping control unit 45 may set the target pulse energy so that the fluence approaches the target value F.
  • the doping control unit 45 may transmit the target pulse energy data to the laser system control unit 31. Details of this processing will be described later with reference to FIG. 8C.
  • the doping controller 45 may output S light emission trigger signals to the laser system controller 31. Thereby, pulsed laser light including S pulses may be generated from the laser system 3b. These pulsed laser beams may be applied to the irradiated object 43e.
  • the doping control unit 45 may determine whether or not the pulse time waveform generation parameter data has been changed.
  • the doping control unit 45 may return the process to S100 described above and receive the data of the pulse time waveform generation parameter again.
  • the doping control unit 45 may advance the process to S210.
  • the doping control unit 45 may determine whether or not to stop the laser irradiation.
  • the doping control unit 45 may return the process to the above-described S130 to control the XYZ stage 43g, output a light emission trigger signal, or the like.
  • the doping control unit 45 may end the process of this flowchart.
  • FIG. 8A is a flowchart showing details of a process for reading the pulse time waveform generation parameters shown in FIG. The process shown in FIG. 8A may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S110 shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may read the target value R of the reflectance of the beam splitter 16n and the target value L of the optical path length of the delay optical path. After S112, the doping control unit 45 may end the processing of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 8B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameters shown in FIG. The process shown in FIG. 8B may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S140 shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may transmit the target value R of the reflectance of the beam splitter 16n to the laser system control unit 31. Accordingly, the laser system control unit 31 may control the uniaxial stage 16r that moves the beam splitter 16n so that the reflectance of the beam splitter 16n approaches the target value.
  • the doping control unit 45 may transmit the target value L of the optical path length of the delay optical path to the laser system control unit 31. Thereby, the laser system control unit 31 rotates the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f of the optical pulse stretcher 16 ⁇ so that the optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher 16 ⁇ approaches the target value. 16i, 16j, 16k, and 16m may be controlled. After S142, the doping control unit 45 may end the process of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 8C is a flowchart showing details of processing for setting the target pulse energy shown in FIG. The process shown in FIG. 8C may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S170 shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may calculate the target pulse energy Et based on the received target value F of the fluence.
  • A may be the area of the image of the slit 42 formed on the irradiation object 43e.
  • Tt may be the transmittance in the optical path of the pulse laser beam output from the laser system 3b via the pulse time waveform measuring unit 19 until the irradiated object 43e is irradiated.
  • the doping control unit 45 may transmit the target pulse energy Et to the laser system control unit 31.
  • the laser system control unit 31 may calculate the target pulse energy EL1 of the pulse laser beam to be output by the laser device 2, and may control the laser device 2 based on the calculation result.
  • the laser system control unit 31 may calculate a target value of the transmittance T2 of the attenuator 18 based on the target pulse energy Et. This target value may be calculated so that the following expression holds for the transmittance T2 of the attenuator 18.
  • T2 Et / (T1 ⁇ EL1)
  • T1 may be the transmittance of the optical pulse stretcher 16 ⁇ .
  • the laser system control unit 31 may control the attenuator 18 based on the calculation result of the target value of the transmittance T2 of the attenuator 18. Thereby, the pulse energy of the pulse laser beam output from the laser system 3b can approach the target pulse energy Et.
  • the doping control unit 45 may end the processing of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a modification example of processing of doping control by the doping control unit shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may perform doping under a plurality of irradiation conditions by the following process.
  • the doping control unit 45 may receive and read a plurality of combinations of irradiation condition parameters in S100a and S110a.
  • the doping control unit 45 may receive and read irradiation condition parameters of Nmax combinations.
  • the irradiation condition parameter may include a fluence target value and the number of shots in addition to the above-described pulse time waveform generation parameter. Details of the processing of S110a will be described later with reference to FIG. 10A, but the other points may be the same as S100 and S110 described with reference to FIG. The next processing of S120 and S130 may be the same as that described with reference to FIG.
  • the doping control unit 45 may set the value of the number N to 1.
  • the doping control unit 45 may set the laser system 3b as the Nth pulse time waveform generation parameter. That is, the doping control unit 45, the N-th target value L N of the optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher 16A researchera, the N-th reflectivity of the beam splitter 16n and the target value R N, the laser system control unit You may transmit to 31. Details of this processing will be described later with reference to FIG. 10B.
  • the doping control unit 45 may set the target pulse energy so that the fluence approaches the Nth target value FN.
  • the doping control unit 45 may transmit the target pulse energy data to the laser system control unit 31. Details of this processing will be described later with reference to FIG. 10C.
  • the doping control unit 45 may output SN light emission trigger signals to the laser system control unit 31.
  • pulsed laser light including S N pulses may be generated from the laser system 3b. These pulsed laser beams may be irradiated on the surface of the irradiation object 43e.
  • the doping control unit 45 may determine whether or not a plurality of types of irradiation condition parameter data has been changed.
  • the doping control unit 45 may return the process to the above-described S100a and receive the data of the plurality of irradiation condition parameters again.
  • the doping control unit 45 may advance the process to S210. S210 and the subsequent processing may be the same as those described with reference to FIG.
  • FIG. 10A is a flowchart showing details of processing for reading the irradiation condition parameters shown in FIG. The processing shown in FIG. 10A may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S110a shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may set the value of the number N to 1.
  • the doping control unit 45 reads the N-th target value R N of the reflectivity of the beam splitter 16n, the N-th optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher 16 ⁇ the target value L N But you can.
  • the doping control unit 45, the N-th target value F N fluence, and N-th shot number S N may be read to.
  • FIG. 10B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameters shown in FIG. The process shown in FIG. 10B may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S140a shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may transmit the Nth target value RN of the reflectance of the beam splitter 16n to the laser system control unit 31. Accordingly, the laser system control unit 31 may control the uniaxial stage 16r that moves the beam splitter 16n so that the reflectance of the beam splitter 16n approaches the Nth target value RN.
  • the doping control unit 45 may transmit the Nth target value LN of the optical path length of the delay optical path to the laser system control unit 31.
  • the laser system control unit 31 moves the concave mirrors 16c, 16d, 16e, and 16f of the optical pulse stretcher 16 ⁇ so that the optical path length of the delay optical path of the optical pulse stretcher 16 ⁇ approaches the Nth target value LN.
  • the rotary stages 16i, 16j, 16k, and 16m that are rotated may be controlled.
  • the doping control unit 45 may end the process of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 10C is a flowchart showing details of processing for setting the target pulse energy shown in FIG. The process shown in FIG. 10C may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S170a shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may calculate the Nth target pulse energy Et based on the received Nth target value F N of the fluence.
  • the calculation of the Nth target pulse energy Et may be the same as that described with reference to FIG. 8C.
  • the doping control unit 45 may transmit the Nth target pulse energy Et to the laser system control unit 31.
  • the operation of the laser system control unit 31 that has received the Nth target pulse energy Et may be the same as that described with reference to FIG. 8C.
  • the doping control unit 45 may end the process of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 11 shows an example of the dopant concentration distribution in the depth direction of the semiconductor that can be produced in the modified examples shown in FIG. 9 and FIGS. 10A to 10C.
  • semiconductors having different dopant concentration distributions in the depth direction can be manufactured by irradiating the same irradiation region with different fluences and shot numbers with different pulse waveforms.
  • the doping depth may be mainly controlled by the pulse time width.
  • the dopant concentration may be mainly controlled by the fluence and the number of shots.
  • FIG. 12 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the doping apparatus 4c may include a variable slit 42a instead of the slit 42 described with reference to FIG.
  • the laser system 3b and other configurations may be the same as those described with reference to FIG.
  • the variable slit 42a is a slit having two axes substantially orthogonal to each other, and the slit widths of the two axes may be configured to be changeable.
  • the slit width may be controlled by a control signal output from the doping control unit 45.
  • the range of uniform illumination by the beam homogenizer 41 is preferably larger than the area defined by the maximum width of the two axes of the variable slit 42a.
  • FIG. 13 is a flowchart showing processing of doping control by the doping control unit shown in FIG.
  • the process shown in FIG. 13 includes the process described with reference to FIG. 9 in that it includes not only the pulse time waveform generation parameter, the fluence, and the number of shots as the irradiation condition parameters, but also the slit width of the variable slit 42a. May be different.
  • the doping control unit 45 may read a plurality of combinations of irradiation condition parameters according to S110b instead of S110a described with reference to FIG. Details of this process will be described later with reference to FIG. 14A.
  • the irradiation condition parameter may include a target value of the slit width of the variable slit 42a.
  • the slit width of the variable slit 42a may be a biaxial slit width substantially perpendicular to each other.
  • the doping control unit 45 controls the variable slit 42a so that the slit width of the variable slit 42a approaches the Nth target value DN between S170a and S190a described with reference to FIG. (S180). Details of this processing will be described later with reference to FIG. 14B. Other processes may be the same as those described with reference to FIG.
  • FIG. 14A is a flowchart showing details of processing for reading the irradiation condition parameters shown in FIG. The process shown in FIG. 14A may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S110b shown in FIG.
  • the processing from S111a to S113a may be the same as that described with reference to FIG. 10A.
  • the doping control unit 45 may read the Nth target value DN of the slit width of the variable slit 42a. Subsequent processing may be the same as that described with reference to FIG. 10A.
  • FIG. 14B is a flowchart showing details of processing for controlling the variable slit 42a shown in FIG.
  • the process shown in FIG. 14B may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S180 shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may control the variable slit 42a so that the slit width of the variable slit 42a approaches the Nth target value DN.
  • the doping control unit 45 may end the processing of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 15A schematically shows a semiconductor element that can be manufactured in the third embodiment.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line XVB-XVB shown in FIG. 15A.
  • the irradiated object 43e shown in these drawings may be obtained by forming a plurality of p-type layers 431 and 432 by doping aluminum in a part of a 4H—SiC n-type substrate.
  • the p-type layer 431 may be a p-type layer having a relatively low concentration, a deep doping depth, and a narrow doping region.
  • the p-type layer 432 may be a p-type layer having a relatively high concentration, a shallow doping depth, and a wide doping region.
  • the pulse concentration waveform generation parameter, the target value of fluence, the number of shots, and the target value of the slit width are controlled separately, so that the dopant concentration, the doping depth are controlled. And the doping region can be controlled separately.
  • the doping region is varied by controlling the variable slit 42a, but the present disclosure is not limited to this.
  • a mask on which a desired pattern is formed may be arranged so that the mask can be exchanged.
  • a semiconductor element having a desired concentration distribution in both the depth direction and the surface direction of the irradiated object can be manufactured by exchanging the mask and controlling the irradiation condition parameters.
  • FIG. 16A shows a configuration of an optical pulse stretcher used in a laser doping apparatus according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16B is a view of a plurality of beam splitters used in the optical pulse stretcher shown in FIG. 16A as viewed from a direction perpendicular to the reflecting surfaces of these beam splitters.
  • the optical pulse stretcher 16z used in the fourth embodiment may include a plurality of beam splitters 16s, 16t, 16u, and 16v.
  • the plurality of beam splitters 16s, 16t, 16u, and 16v may have different reflectances.
  • the plurality of beam splitters 16s, 16t, 16u, and 16v may be supported by a holder 16w, and the holder 16w may be rotatably supported by a step motor 16x.
  • the laser system control unit 31 may selectively arrange the beam splitters 16s, 16t, 16u, and 16v in the optical path of the pulsed laser light by controlling the step motor 16x. Even when any of the beam splitters 16s, 16t, 16u, and 16v is located in the optical path of the pulse laser beam, the incident angle of the pulse laser beam may be constant and only the reflectance may be different from each other. Thereby, the time waveform of the pulse laser beam output from the optical pulse stretcher 16z can be changed. About another point, it may be the same as that of 1st Embodiment. In the second or third embodiment, the optical pulse stretcher 16z shown in FIGS. 16A and 16B may be used.
  • FIG. 17 schematically illustrates a configuration of a laser doping apparatus according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • the laser system 3c includes first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c, a delay circuit 5, high reflection mirrors 6a and 6b, and a knife edge. Mirrors 6c and 6d may be provided.
  • the laser system 3c may not include the optical pulse stretcher. The other points may be the same as the configurations of the first to third embodiments.
  • Each of the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c may have the same configuration as the laser device 2 described above.
  • Each laser unit may receive target pulse energy data from the laser system control unit 31.
  • the target pulse energy data may be different between the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c.
  • a charging voltage of a charging capacitor (described later) may be set based on the received target pulse energy data.
  • the delay circuit 5 may receive delay time setting data from the laser system control unit 31.
  • the delay circuit 5 may receive the light emission trigger signal output from the doping control unit 45 via the laser system control unit 31.
  • the delay circuit 5 applies the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c to the first, second, and third laser units 2a, 2c in this order at the timing when the set delay time has elapsed since the light emission trigger signal was received. You may output the 1st, 2nd, 3rd trigger signal.
  • the high reflection mirror 6a and the knife edge mirror 6c may change the optical path by reflecting the pulse laser beam output from the first laser unit 2a with a high reflectance.
  • the pulse laser beam output from the first laser unit 2a and whose optical path has been changed may be output toward the attenuator 18 substantially in parallel with and close to the pulse laser beam output from the second laser unit 2b. Good.
  • the high reflection mirror 6b and the knife edge mirror 6d may change the optical path by reflecting the pulse laser beam output from the third laser unit 2c with a high reflectance.
  • the pulse laser beam whose optical path is changed by being output from the third laser unit 2c may be output toward the attenuator 18 substantially in parallel with and close to the pulse laser beam output from the second laser unit 2b. Good.
  • the pulse laser beams output from the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c may enter the beam homogenizer 41 via the attenuator 18 and the pulse time waveform measurement unit 19.
  • the slit 42 is Koehler-illuminated by the beam homogenizer 41, the optical paths of these pulsed laser beams overlap at the slit 42, and the light intensity profile of the beam at the opening of the slit 42 can be made uniform.
  • FIG. 18 shows a timing chart of the trigger signal and pulsed laser light in the laser doping apparatus shown in FIG.
  • pulse laser beams having a desired pulse time waveform are irradiated by superimposing pulse laser beams output from the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c.
  • An object may be irradiated.
  • the first trigger signal output from the delay circuit 5 to the first laser unit 2a may have a delay time Tr1 with respect to the light emission trigger signal output from the laser system control unit 31 to the delay circuit 5.
  • the second trigger signal output from the delay circuit 5 to the second laser unit 2b may have a delay time Tr2 with respect to the light emission trigger signal output from the laser system control unit 31 to the delay circuit 5.
  • the third trigger signal output from the delay circuit 5 to the third laser unit 2c may have a delay time Tr3 with respect to the light emission trigger signal output from the laser system control unit 31 to the delay circuit 5.
  • the first laser unit 2a When the first laser unit 2a receives the first trigger signal, the first laser unit 2a may output a first pulse that is a pulsed laser beam. The reception timing of the first trigger signal and the rising timing of the first pulse may substantially coincide.
  • the second laser unit 2b may output a second pulse that is a pulsed laser beam.
  • the reception timing of the second trigger signal and the rising timing of the second pulse may substantially coincide. Therefore, the pulse time interval Td2 of the second pulse with respect to the first pulse can substantially correspond to the difference between the delay time Tr1 of the first trigger signal and the delay time Tr2 of the second trigger signal.
  • the third laser unit 2c may output a third pulse that is a pulsed laser beam when receiving the third trigger signal.
  • the reception timing of the third trigger signal and the rising timing of the third pulse may substantially coincide. Therefore, the pulse time interval Td3 of the third pulse with respect to the first pulse can substantially correspond to the difference between the delay time Tr1 of the first trigger signal and the delay time Tr3 of the third trigger signal.
  • the first to third pulses output from the first to third laser units 2a to 2c may have different pulse time waveforms.
  • the first to third laser units 2a to 2c may be set with the charging voltage of the charging capacitor in accordance with the set target pulse energy.
  • the peak value of the light intensity I2 of the second pulse output from the second laser part 2b is less than 1 with respect to the peak value of the light intensity I1 of the first pulse output from the first laser part 2a. It may be set to have a light intensity ratio Er2.
  • the peak value of the light intensity I3 of the third pulse output from the third laser part 2c is the peak value of the light intensity I1 of the first pulse output from the first laser part 2a. It may be set to have a smaller light intensity ratio Er3.
  • first to third pulses may be brought close to each other by the high reflection mirrors 6a and 6b and the knife edge mirrors 6c and 6d, and further superposed by the beam homogenizer 41.
  • the irradiated object 43e may be irradiated with pulsed laser light having an extended pulse time width by superimposing the waveforms of the first to third pulses having different delay times.
  • the delay circuit 5 may correspond to the pulse time waveform adjustment device in the present disclosure.
  • FIG. 19 is a flowchart showing processing of doping control by the doping control unit shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may perform doping with a pulsed laser beam having a desired pulse time waveform by the following processing.
  • the doping control unit 45 may receive and read the pulse time waveform generation parameter in S100c and S110c.
  • the pulse time waveform generation parameter includes the target value of the pulse time interval of the pulse laser light output from the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c, and the first, second, and third parameters. And a target value of the light intensity ratio of the pulse laser beam output from the laser units 2a, 2b, and 2c. Details of the processing of S110c will be described later with reference to FIG. 20A, but the other points may be the same as S100 and S110 described with reference to FIG. The next processing of S120 and S130 may be the same as that described with reference to FIG.
  • the doping control unit 45 may set the laser system 3c to the read pulse time waveform generation parameter. That is, the doping control unit 45 includes the target value of the pulse time interval of the pulse laser light output from the first, second, and third laser units 2a, 2b, and 2c, and the first, second, and third lasers. The target value of the light intensity ratio of the pulsed laser light output from the units 2a, 2b, and 2c may be transmitted to the laser system control unit 31. Details of this processing will be described later with reference to FIG. 20B. Subsequent processing may be the same as that described with reference to FIG.
  • FIG. 20A is a flowchart showing details of processing for reading the irradiation condition parameters shown in FIG. The process shown in FIG. 20A may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S110c shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may read the target value of the light intensity ratio Er2 of the second pulse output from the second laser unit 2b with respect to the first pulse output from the first laser unit 2a.
  • the doping control unit 45 reads the target value of the light intensity ratio Er3 of the third pulse output from the third laser unit 2c with respect to the first pulse output from the first laser unit 2a. Good.
  • the doping control unit 45 reads the target value of the pulse time interval Td2 of the second pulse output from the second laser unit 2b with respect to the first pulse output from the first laser unit 2a. Good.
  • the doping control unit 45 reads the target value of the pulse time interval Td3 of the third pulse output from the third laser unit 2c with respect to the first pulse output from the first laser unit 2a. Good.
  • the doping control unit 45 may end the process of this flowchart and return to the main flow.
  • FIG. 20B is a flowchart showing details of the processing for setting the pulse time waveform generation parameters shown in FIG. The process shown in FIG. 20B may be performed by the doping control unit 45 as a subroutine of S140c shown in FIG.
  • the doping control unit 45 may transmit the target pulse energy EL1 of the first laser unit 2a to the laser system control unit 31. Accordingly, the laser system control unit 31 may control the first laser unit 2a so that the pulse energy of the first pulse approaches the target pulse energy EL1.
  • the doping control unit 45 may transmit the target pulse energy EL2 of the second laser unit 2b to the laser system control unit 31.
  • the doping control unit 45 may transmit the target pulse energy EL3 of the third laser unit 2c to the laser system control unit 31.
  • the laser system control unit 31 may control the third laser unit 2c so that the pulse energy of the third pulse approaches the target pulse energy EL3.
  • the charging voltage of each charging capacitor may be set so that the pulse energy of the pulse laser beam output from each laser unit approaches each target pulse energy.
  • the light intensity ratio of the pulsed laser light output from each laser unit may approach the target value of the light intensity ratio. If the pulse energy of the pulsed laser beam cannot be brought close to the target pulse energy within the set range of the charging voltage, it is brought close to the target pulse energy by controlling the pressure of the laser gas in the laser chamber. Also good.
  • the doping control unit 45 may transmit the target value of the delay time Tr1 of the first pulse output from the first laser unit 2a to the laser system control unit 31.
  • the laser system control unit 31 may control the delay circuit 5 so that the delay time Tr1 of the first pulse becomes the set target value.
  • the doping control unit 45 may transmit the target value of the delay time Tr2 of the second pulse output from the second laser unit 2b to the laser system control unit 31.
  • the laser system control unit 31 may control the delay circuit 5 so that the delay time Tr2 of the second pulse becomes the set target value.
  • the doping control unit 45 may transmit the target value of the delay time Tr3 of the third pulse output from the third laser unit 2c to the laser system control unit 31.
  • the laser system control unit 31 may control the delay circuit 5 so that the delay time Tr3 of the third pulse becomes the set target value.
  • the doping control unit 45 may end the process of this flowchart and return to the main flow.
  • the output timing of the pulse laser beam from the plurality of laser units can be set by the delay circuit 5. Further, the light intensity ratio of the pulsed laser light by the plurality of laser units can be set by the charging voltage of the charging capacitor of each laser unit.
  • the target pulse energy for the first to third laser units 2a to 2c is set in order to control the light intensity ratio of the first to third pulses.
  • the attenuator 18 may be separately controlled in order to control the fluence of the pulse laser beam irradiated to the irradiation object.
  • the fifth embodiment it is possible to individually set the output timing and the light intensity ratio of the pulse laser beam by the plurality of laser units. Therefore, the degree of freedom of the time waveform of the pulse laser beam obtained by superimposing these pulse laser beams can be improved as compared with the first to fourth embodiments.
  • FIG. 21 shows the relationship between the concentration of boron doped in 4H—SiC and the doping depth when a solution containing boron is used as a solution containing a dopant in the laser doping apparatus according to the sixth embodiment of the present disclosure. It is a graph which shows. Although illustration of the laser doping apparatus according to the sixth embodiment is omitted, an apparatus similar to the laser doping apparatus described with reference to FIG. 1 may be used except that a solution containing boron is used. In other words, in the sixth embodiment, pulse stretching of the pulse laser beam may not be performed.
  • a saturated concentration boric acid aqueous solution was used as the solution containing the dopant.
  • the pulse laser beam KrF excimer laser beam was used, the fluence per pulse was 4.5 J / cm 2 , and the number of irradiation shots at one place was one pulse.
  • the pulse time width ⁇ T TIS was 50 ns.
  • FIG. 21 illustrates the case where 4H—SiC is doped with boron, but the present disclosure is not limited thereto. Even in the case of doping to diamond or GaN, it is expected that the doping depth can be increased by irradiating a pulse laser beam in a solution containing boron without extending the pulse time width of the pulse laser beam. .
  • FIG. 22 shows a specific configuration of the laser device described above.
  • the laser apparatus 2 shown in FIG. 22 may include a laser chamber 10, a pair of electrodes 11a and 11b, a charger 12, and a pulse power module (PPM) 13.
  • PPM pulse power module
  • FIG. 22 shows the internal configuration of the laser chamber 10 viewed from a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the laser light.
  • the laser device 2 may further include a cross flow fan 21 and a motor 22.
  • the laser device 2 may further include a high reflection mirror 14, an output coupling mirror 15, a pulse energy measurement unit 17, a laser control unit 30, and a laser gas supply / exhaust device 23.
  • the laser chamber 10 may be a chamber in which the above-described laser medium is enclosed.
  • the pressure sensor 24 may be connected to the laser chamber 10 via a pipe so as to measure the pressure of the laser gas in the laser chamber 10.
  • the pair of electrodes 11a and 11b can be arranged in the laser chamber 10 as electrodes for exciting the laser medium by discharge.
  • An opening may be formed in the laser chamber 10, and the opening may be closed by the electrical insulating unit 20.
  • the electrode 11 a may be supported by the electrical insulating unit 20, and the electrode 11 b may be supported by the internal partition plate 10 c of the laser chamber 10.
  • the electrically insulating portion 20 may be embedded with a conductive portion 20a.
  • the conductive part 20a may electrically connect the high voltage terminal of the pulse power module 13 and the electrode 11a so that the high voltage supplied from the pulse power module 13 is applied to the electrode 11a.
  • the laser chamber 10 may be connected to the laser gas supply / exhaust device 23 by gas piping.
  • the rotation axis of the cross flow fan 21 may be connected to a motor 22 disposed outside the laser chamber 10.
  • the laser gas may circulate inside the laser chamber 10 by the motor 22 rotating the cross flow fan 21.
  • the power supply device may include a charger 12 and a pulse power module 13.
  • the pulse power module 13 may include a charging capacitor and a switch 13a.
  • the output of the charger 12 is connected to a charging capacitor, and the charger 12 can hold electric energy for applying a high voltage between the pair of electrodes 11a and 11b.
  • the switch 13a controlled by the laser controller 30 is turned from OFF to ON, the pulse power module 13 generates a pulsed high voltage from the electric energy held in the charging capacitor, and this high voltage is used as the pair of electrodes 11a. And 11b may be applied.
  • a discharge can occur between the pair of electrodes 11a and 11b. Due to the energy of this discharge, the laser medium in the laser chamber 10 can be excited to shift to a high energy level. When the excited laser medium subsequently moves to a low energy level, light having a wavelength corresponding to the energy level difference can be emitted.
  • Windows 10 a and 10 b may be provided at both ends of the laser chamber 10.
  • the light generated in the laser chamber 10 can be emitted to the outside of the laser chamber 10 through the windows 10a and 10b.
  • the high reflection mirror 14 may reflect the light emitted from the window 10 a of the laser chamber 10 with a high reflectance and return it to the laser chamber 10.
  • the surface of the output coupling mirror 15 may be coated with a partial reflection film. Therefore, the output coupling mirror 15 may transmit a part of the light output from the window 10 b of the laser chamber 10 and output it, and reflect the other part and return it to the laser chamber 10.
  • the high reflection mirror 14 and the output coupling mirror 15 can constitute an optical resonator.
  • the light emitted from the laser chamber 10 reciprocates between the high reflection mirror 14 and the output coupling mirror 15 and can be amplified every time it passes through the laser gain space between the electrode 11a and the electrode 11b. A part of the amplified light can be output as pulsed laser light via the output coupling mirror 15.
  • the pulse energy measuring unit 17 may include a beam splitter 17a, a condensing optical system 17b, and an optical sensor 17c.
  • the beam splitter 17a may transmit the pulsed laser light transmitted through the output coupling mirror 15 with high transmittance, and may reflect a part of the pulsed laser light toward the condensing optical system 17b.
  • the condensing optical system 17b may condense the light reflected by the beam splitter 17a on the photosensitive surface of the optical sensor 17c.
  • the optical sensor 17 c may detect the pulse energy of the laser light focused on the photosensitive surface and output the pulse energy detection data to the laser controller 30.
  • the laser controller 30 may transmit, for example, a charging voltage setting signal to the charger 12 or a light emission trigger signal for switching ON or OFF to the pulse power module 13. Further, the laser control unit 30 may control the laser gas supply / exhaust device 23 based on the detection value of the pressure sensor 24 in order to control the pressure of the laser gas in the laser chamber 10.
  • the laser control unit 30 may receive pulse energy detection data from the pulse energy measurement unit 17 and refer to the pulse energy detection data to determine the charging voltage of the charger 12 and the pressure of the laser gas in the laser chamber 10. You may control.
  • the pulse energy of the pulse laser beam may be controlled by controlling the charging voltage of the charger 12 and the pressure of the laser gas.
  • the laser control unit 30 may count the number of oscillation pulses of the excimer laser device based on the data received from the pulse energy measurement unit 17.
  • FIG. 23 shows the internal configuration of the laser chamber shown in FIG. 22 and the configuration of the pulse power module.
  • FIG. 23 shows the internal configuration of the laser chamber 10 viewed from a direction substantially parallel to the traveling direction of the laser light.
  • the conductive member including the internal partition plate 10c of the laser chamber 10 may be connected to the ground potential.
  • the electrode 11b may be connected to the ground potential via the internal partition plate 10c.
  • a heat exchanger 26 may be disposed inside the laser chamber 10. As the cross flow fan 21 rotates, the laser gas may circulate inside the laser chamber 10 as indicated by an arrow A. The heat exchanger 26 may discharge the thermal energy of the laser gas that has become a high temperature due to the discharge to the outside of the laser chamber 10.
  • the pulse power module 13 may include a charging capacitor C0, a switch 13a, a step-up transformer TC1, a plurality of magnetic switches Sr1 to Sr3, and a plurality of capacitors C1, C2, and C3.
  • any of the magnetic switches Sr1 to Sr3 may include a saturable reactor.
  • Each of the magnetic switches Sr1 to Sr3 may have a low impedance when the time integral value of the voltage applied to both ends thereof reaches a predetermined value determined by the characteristics of each magnetic switch.
  • a charging voltage may be set in the charger 12 by the laser control unit 30.
  • the charger 12 may charge the charging capacitor C0 based on the set charging voltage.
  • a light emission trigger signal may be input to the switch 13 a of the pulse power module 13 by the laser control unit 30. When the light emission trigger signal is input to the switch 13a, the switch 13a may be turned on. When the switch 13a is turned on, a current can flow from the charging capacitor C0 to the primary side of the step-up transformer TC1.
  • the magnetic switch Sr1 When the time integral value of the voltage applied to the magnetic switch Sr1 reaches a threshold value, the magnetic switch Sr1 becomes magnetically saturated and the magnetic switch Sr1 can be closed. When the magnetic switch Sr1 is closed, a current flows from the secondary side of the step-up transformer TC1 to the capacitor C1, and the capacitor C1 can be charged.
  • the magnetic switch Sr2 When the capacitor C1 is charged, the magnetic switch Sr2 eventually becomes magnetically saturated and the magnetic switch Sr2 can be closed. When the magnetic switch Sr2 is closed, a current flows from the capacitor C1 to the capacitor C2, and the capacitor C2 can be charged. At this time, the capacitor C2 may be charged with a pulse width shorter than the pulse width of the current when the capacitor C1 is charged.
  • the magnetic switch Sr3 When the capacitor C2 is charged, the magnetic switch Sr3 eventually becomes magnetically saturated and the magnetic switch Sr3 can be closed. When the magnetic switch Sr3 is closed, a current flows from the capacitor C2 to the capacitor C3, and the capacitor C3 can be charged. At this time, the capacitor C3 may be charged with a pulse width shorter than the pulse width of the current when the capacitor C2 is charged.
  • the pulse width of the current can be compressed and the voltage can be increased.
  • the pulse laser beam may be output at a predetermined oscillation frequency.
  • FIG. 24 is a perspective view showing an example of the fly eye lens 41a included in the beam homogenizer 41 described above.
  • a plurality of concave cylindrical surfaces 411 may be arranged in the Y direction on the first surface of the substrate that transmits light in the ultraviolet region with high transmittance.
  • a plurality of concave cylindrical surfaces 412 may be arranged in the X direction on the second surface opposite to the first surface of the substrate. The position of the front focal plane of the cylindrical surface 411 and the position of the front focal plane of the cylindrical surface 412 may substantially coincide.
  • FIG. 25 is a perspective view showing a modified example of the fly-eye lens included in the beam homogenizer 41 described above.
  • the fly-eye lens is not limited to one in which cylindrical surfaces are formed on two surfaces of a single substrate, and may be one in which cylindrical surfaces 413 and 414 are formed on two substrates 41c and 41d, respectively.
  • the cylindrical surfaces 413 and 414 are not limited to being concave surfaces, and may be convex surfaces. Other points may be the same as those described with reference to FIG.
  • FIG. 26 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the control unit.
  • Control units such as the doping control unit 45 and the laser system control unit 31 in the above-described embodiments may be configured by general-purpose control devices such as a computer and a programmable controller. For example, it may be configured as follows.
  • the control unit includes a processing unit 1000, a storage memory 1005, a user interface 1010, a parallel I / O controller 1020, a serial I / O controller 1030, A / D, and D / A connected to the processing unit 1000. And a converter 1040. Further, the processing unit 1000 may include a CPU 1001, a memory 1002 connected to the CPU 1001, a timer 1003, and a GPU 1004.
  • the processing unit 1000 may read a program stored in the storage memory 1005.
  • the processing unit 1000 may execute the read program, read data from the storage memory 1005 in accordance with execution of the program, or store data in the storage memory 1005.
  • the parallel I / O controller 1020 may be connected to devices 1021 to 102x that can communicate with each other via a parallel I / O port.
  • the parallel I / O controller 1020 may control communication using a digital signal via a parallel I / O port that is performed in the process in which the processing unit 1000 executes a program.
  • the serial I / O controller 1030 may be connected to devices 1031 to 103x that can communicate with each other via a serial I / O port.
  • the serial I / O controller 1030 may control communication using a digital signal via a serial I / O port that is performed in a process in which the processing unit 1000 executes a program.
  • the A / D and D / A converter 1040 may be connected to devices 1041 to 104x that can communicate with each other via an analog port.
  • the A / D and D / A converter 1040 may control communication using an analog signal via an analog port that is performed in the process in which the processing unit 1000 executes a program.
  • the user interface 1010 may be configured such that the operator displays the execution process of the program by the processing unit 1000, or causes the processing unit 1000 to stop the program execution by the operator or perform interrupt processing.
  • the CPU 1001 of the processing unit 1000 may perform arithmetic processing of a program.
  • the memory 1002 may temporarily store a program during the course of execution of the program by the CPU 1001 or temporarily store data during a calculation process.
  • the timer 1003 may measure time and elapsed time, and output the time and elapsed time to the CPU 1001 according to execution of the program.
  • the GPU 1004 may process the image data according to the execution of the program and output the result to the CPU 1001.
  • Devices 1021 to 102x which are connected to the parallel I / O controller 1020 and can communicate via the parallel I / O port, transmit and receive light emission trigger signals and timing signals from the laser apparatus 2 and other control units. May be used.
  • the devices 1031 to 103x connected to the serial I / O controller 1030 and capable of communicating via the serial I / O port include the laser device 2, the optical pulse stretcher 16 ⁇ , the attenuator 18, the XYZ stage 43g, and other control units. It may be used for sending and receiving data.
  • the devices 1041 to 104x connected to the A / D and D / A converter 1040 and capable of communicating via analog ports may be various sensors such as the pulse time waveform measuring unit 19 and the monitor device 44. With the configuration as described above, the control unit may be able to realize the operation shown in each embodiment.

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Abstract

このレーザドーピング装置は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給する溶液供給システムと、ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、パルスレーザ光のパルス時間波形を調節するパルス時間波形調節装置と、を含むレーザシステムと、を備えてもよい。

Description

レーザドーピング装置及びレーザドーピング方法
　本開示は、レーザドーピング装置及びレーザドーピング方法に関する。
　シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は次世代パワーデバイス材料として、開発が進められている。ＳｉＣは、半導体材料として従来使用されているシリコン（Ｓｉ）と比較して、大きいバンドギャップ、高い絶縁破壊電界（Ｓｉのおよそ１０倍）、優れた熱伝導率などを有し、また熱化学的に安定していることが特徴となっている。
　ＳｉＣを用いてトランジスタを構成するためには、ＳｉＣに不純物をドーピングすることが必要であり得る。Ｓｉに不純物をドーピングする場合には、不純物のイオンビームをＳｉに照射し、高温により活性化することが従来行われている。しかし、このような従来の方法でＳｉＣに不純物をドーピングしようとすると、ＳｉＣに熱ダメージが加わり、欠陥が形成され、電気特性が低下する場合があった。
　下記の非特許文献１～５においては、ドーパントを含む溶液中でＳｉＣにパルスレーザ光を照射することによる不純物のドーピングが検討されている。しかし、これらの非特許文献１～５においては、以下のように、十分なドーピング深さが得られない場合があった。
（１）ｎ型ドーパントについては、窒素（Ｎ）のドーピング深さが１００～２００ｎｍを達成できた例が報告されているが、リン（Ｐ）のドーピング深さは、約３０ｎｍしか達成できていない。
（２）ｐ型ドーパントについては、アルミニウム（Ａｌ）のドーピング深さが約４０ｎｍを達成した例が報告されているが、それ以上のドーピング深さを達成できた例は報告されていない。
Akihiro Ikeda, Koji Nishi, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano, Phosphorus doping of 4H SiC by liquid immersion excimer laser irradiation, APPLIED PHYSICS LETTERS 102, 052104 (2013) Koji Nishi, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, and Tanemasa Asano, Phosphorus doping into 4H-SiC by Irradiation of Excimer Laser in Phosphoric Solution, Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013) Daichi Marui, Akihiro Ikeda, Koji Nishi, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano, Aluminum doping of 4H-SiC by irradiation of excimer laser in aluminum chloride solution, Japanese Journal of Applied Physics 53(2014) Akihiro Ikeda, Daichi Marui, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano, Nitrogen doping of 4H-SiC by KrF excimer laser irradiation in liquid nitrogen, Japanese Journal of Applied Physics 54(2015) 井上祐樹，池上浩，池田晃裕，中村大輔，岡田龍雄，浅野種正，薬液中レーザー照射による4H-SiCのn形化と不純物の拡散特性，第６１回応用物理学会春季学術講演会(2014)
特許第４３８７０９１号公報 特許第４４０９２３１号公報 特表２０１０－５２５５５４号公報 国際公開第２０１４／１５６８１８号
概要
　本開示の１つの観点に係るレーザドーピング装置は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給する溶液供給システムと、ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、パルスレーザ光のパルス時間波形を調節するパルス時間波形調節装置と、を含むレーザシステムと、を備えてもよい。
　本開示の他の１つの観点に係るレーザドーピング装置は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、所定領域に、ホウ素を含む溶液を供給する溶液供給システムと、ホウ素を含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、を備えてもよい。
　本開示の他の１つの観点に係るレーザドーピング方法は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング方法において、所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給することと、ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力することと、パルスレーザ光のパルス時間波形を調節することと、を備えてもよい。
　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。 図２は、本開示の第１の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。 図３Ａは、図２に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。 図３Ｂは、光学パルスストレッチャーを用いない場合と、光学パルスストレッチャーを用いた場合のパルスレーザ光のパルス時間波形を示すグラフである。 図４Ａは、４Ｈ－ＳｉＣにドーピングされたアルミニウムの濃度とドーピング深さの関係を示すグラフである。 図４Ｂは、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ基板の一部に、アルミニウムをドーピングしてｐ型層を形成した場合のダイオード特性を示すグラフである。 図５は、本開示の第２の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。 図６Ａは、図５に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。 図６Ｂは、ビームスプリッタを図６Ａと異なる位置に移動させ、且つ、凹面ミラーの姿勢が図６Ａと異なる状態を示す。 図６Ｃは、凹面ミラーの姿勢が図６Ｂと異なる状態を示す。 図６Ｄは、ビームスプリッタ、ホルダ、アーム、移動テーブル及び１軸ステージを、ビームスプリッタの反射面に垂直な方向から見た図である。 図６Ｅは、ビームスプリッタを図６Ｄと異なる位置に移動させた状態を示す。 図７は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。 図８Ａは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。 図８Ｂは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。 図８Ｃは、図７に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。 図９は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理の変形例を示すフローチャートである。 図１０Ａは、図９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。 図１０Ｂは、図９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。 図１０Ｃは、図９に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。 図１１は、図９及び図１０Ａ～図１０Ｃに示される変形例において作製可能な半導体の深さ方向に対するドーパント濃度分布の例を示す。 図１２は、本開示の第３の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す 図１３は、図１２に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。 図１４Ａは、図１３に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。 図１４Ｂは、図１３に示される可変スリット４２ａを制御する処理の詳細を示すフローチャートである。 図１５Ａは、第３の実施形態において作製可能な半導体素子を模式的に示す。 図１５Ｂは、図１５Ａに示されるＸＶＢ－ＸＶＢ線における断面図である。 図１６Ａは、本開示の第４の実施形態に係るレーザドーピング装置において用いられる光学パルスストレッチャーの構成を示す。 図１６Ｂは、図１６Ａに示される光学パルスストレッチャーにおいて用いられる複数のビームスプリッタを、これらのビームスプリッタの反射面に垂直な方向から見た図である。 図１７は、本開示の第５の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。 図１８は、図１７に示されるレーザドーピング装置におけるトリガ信号とパルスレーザ光のタイミングチャートを示す。 図１９は、図１７に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。 図２０Ａは、図１９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。 図２０Ｂは、図１９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。 図２１は、本開示の第６の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーパントを含む溶液としてホウ素を含む溶液を用いた場合に、４Ｈ－ＳｉＣにドーピングされたホウ素の濃度とドーピング深さとの関係を示すグラフである。 図２２は、上述のレーザ装置の具体的構成を示す。 図２３は、図２２に示されるレーザチャンバの内部構成と、パルスパワーモジュールの構成とを示す。 図２４は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズ４１ａの例を示す斜視図である。 図２５は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズの変形例を示す斜視図である。 図２６は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
実施形態
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るレーザドーピング装置
　２．１　レーザドーピング装置の構成
　２．２　レーザドーピング装置の動作
　２．３　課題
３．光学パルスストレッチャーを含むレーザドーピング装置（第１の実施形態）
　３．１　構成
　３．２　動作
　３．３　光学パルスストレッチャーの詳細
　３．４　第１の実施形態の作用
４．パルス時間波形を可変するレーザドーピング装置（第２の実施形態）
　４．１　構成
　４．２　光学パルスストレッチャーの詳細
　４．３　ドーピング制御部の処理
　　４．３．１　メインフロー
　　４．３．２　Ｓ１１０の詳細
　　４．３．３　Ｓ１４０の詳細
　　４．３．４　Ｓ１７０の詳細
　４．４　ドーピング制御部の処理の変形例
　　４．４．１　メインフロー
　　４．４．２　Ｓ１１０ａの詳細
　　４．４．３　Ｓ１４０ａの詳細
　　４．４．４　Ｓ１７０ａの詳細
５．照射領域の形状及び大きさを可変するレーザドーピング装置（第３の実施形態）
　５．１　構成
　５．２　ドーピング制御部の処理
　　５．２．１　メインフロー
　　５．２．２　Ｓ１１０ｂの詳細
　　５．２．３　Ｓ１８０の詳細
６．ビームスプリッタのバリエーション（第４の実施形態）
７．複数のレーザ部を含むレーザドーピング装置（第５の実施形態）
　７．１　構成及び動作
　７．２　ドーピング制御部の処理
　　７．２．１　メインフロー
　　７．２．２　Ｓ１１０ｃの詳細
　　７．２．３　Ｓ１４０ｃの詳細
　７．３　作用
８．ホウ素を含む溶液を用いたレーザドーピング装置（第６の実施形態）
９．その他
　９．１　レーザ装置の詳細
　９．２　フライアイレンズの構成
　９．３　制御部の構成
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．概要
　本開示は、ドーパントを含む溶液中で紫外領域のパルスレーザ光を半導体材料に照射することによって、半導体材料へのドーピングを行うレーザドーピング装置又はレーザドーピング方法に関する。
２．比較例に係るレーザドーピング装置
　２．１　レーザドーピング装置の構成
　図１は、比較例に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。レーザドーピング装置は、レーザシステム３と、ドーピング装置４とを備えていてもよい。
　レーザシステム３は、レーザ装置２と、アッテネータ１８とを含んでもよい。レーザ装置２は、紫外領域のパルスレーザ光を出力するエキシマレーザ装置であってもよい。パルスレーザ光の波長は、ドーピング装置４において用いられるドーパントを含む溶液を高い透過率で透過する波長であって、被照射物となる半導体材料の損傷が少ない波長であることが望ましい。例えば、レーザ装置２は、ＫｒＦまたはＸｅＣｌをレーザ媒質とするレーザ装置であってもよい。出力されるパルスレーザ光のパルス幅は約５０ｎｓであってもよい。ＫｒＦエキシマレーザ装置の場合、パルスレーザ光の波長は約２４８．４ｎｍでもよい。ＸｅＣｌエキシマレーザ装置の場合、パルスレーザ光の波長は約３０８ｎｍでもよい。
　アッテネータ１８は、レーザ装置２から出力されるパルスレーザ光の光路に配置され、２枚の部分反射ミラー１８ａ及び１８ｂと、これらの部分反射ミラーの回転ステージ１８ｃ及び１８ｄと、を含んでいてもよい。２枚の部分反射ミラー１８ａ及び１８ｂは、パルスレーザ光の入射角度によって、透過率が変化する光学素子であってもよい。
　ドーピング装置４は、スリット４２と、高反射ミラー４３ａと、転写光学系４３ｄと、テーブル４３ｆと、ＸＹＺステージ４３ｇと、容器４３ｈと、溶液供給システム４６と、モニタ装置４４と、を含んでいてもよい。スリット４２は、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光の光路に配置されていてもよい。スリット４２は、互いに略直交する２軸を有するスリットであってもよい。スリット４２は、パルスレーザ光のビーム断面のうちの光強度分布が均一な領域が通過するように配置されていてもよい。
　高反射ミラー４３ａは、レーザ装置２から出力された紫外領域のパルスレーザ光を高い反射率で反射し、可視光を透過させるダイクロイックミラーであってもよい。高反射ミラー４３ａは、スリット４２を通過したパルスレーザ光を反射して転写光学系４３ｄに入射させるように配置されていてもよい。転写光学系４３ｄは、１つ又は複数の凸レンズを含む光学系でもよいし、１つ又は複数の凸レンズと１つ又は複数の凹レンズとを含む光学系であってもよい。また、転写光学系４３ｄは、可視光と紫外領域の光の波長に対して、色収差補正をしたレンズであってもよい。たとえば、転写光学系４３ｄは合成石英とフッ化カルシウムの材料で構成された複数のレンズを含んでいてもよい。
　テーブル４３ｆは、容器４３ｈを支持していてもよい。容器４３ｈは、ドーパントを含む溶液を内部に溜めることができるように構成されてもよい。この溶液は、例えば、ドーパントとしてアルミニウムを含む塩化アルミニウム水溶液、ドーパントとして窒素を含むアンモニア水溶液、ドーパントとしてリンを含むリン酸水溶液、あるいはその他のドーパントを含む溶液であってもよい。
　被照射物４３ｅは、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＧａＮ等のようなパワーデバイスに使用される半導体材料であってもよい。ＳｉＣの結晶構造は特に限定されないが、例えば、被照射物４３ｅは４Ｈ－ＳｉＣであってもよい。４Ｈ－ＳｉＣは、４層で１周期となる六方晶構造を有するＳｉＣであってもよい。被照射物４３ｅは、容器４３ｈに溜められた溶液に浸るように、容器４３ｈの底に収容されてもよい。被照射物４３ｅに対するパルスレーザ光の照射領域の表面は、容器４３ｈに溜められた溶液の液面と略平行でもよい。少なくとも、被照射物４３ｅのパルスレーザ光が照射される領域が、容器４３ｈに溜められた溶液の液面より下方に位置してもよい。
　溶液供給システム４６は、ポンプ４６ａと、溶液供給配管４６ｂと、プレート４６ｃと、ウインドウ４６ｄと、溶液排出配管４６ｅと、を含んでいてもよい。ポンプ４６ａの出力は、プレート４６ｃに固定された溶液供給配管４６ｂに接続されてもよい。溶液供給配管４６ｂは、被照射物４３ｅのパルスレーザ光が照射される領域に沿って溶液が流れるように、液面に対して傾斜した状態でプレート４６ｃに固定されていてもよい。溶液供給配管４６ｂは、溶液供給配管４６ｂの出口が被照射物４３ｅのパルスレーザ光が照射される領域に向けられていてもよい。プレート４６ｃには、さらに、溶液の一部を排出する溶液排出配管４６ｅが固定されていてもよい。溶液排出配管４６ｅを介して排出された溶液は、必要に応じて精製された後、図示しないタンクに貯蔵されてもよい。このタンクは、ポンプ４６ａの入力に接続されてもよい。
　ＸＹＺステージ４３ｇは、テーブル４３ｆを支持していてもよい。ＸＹＺステージ４３ｇは、テーブル４３ｆの位置を調整することにより、容器４３ｈに収容された被照射物４３ｅの位置を調整可能であってもよい。
　ウインドウ４６ｄは、プレート４６ｃに固定され、被照射物４３ｅを照射するパルスレーザ光の光路に配置されていてもよい。ウインドウ４６ｄの材料は、エキシマレーザ光を透過する合成石英であってもよい。ウインドウ４６ｄの下面は溶液に接してもよい。ウインドウ４６ｄの上面は溶液の液面より上に位置してもよい。あるいは、ウインドウ４６ｄの周囲をプレート４６ｃが囲って、このプレート４６ｃの上面が溶液の液面より上に位置することにより、ウインドウ４６ｄの上面に溶液が流れ込まないようになっていてもよい。
　モニタ装置４４は、ビームスプリッタ４４ａと、照明装置４４ｂと、２次元センサ４４ｃと、を含んでいてもよい。ビームスプリッタ４４ａは、可視光を約５０％透過させ、約５０％反射させるハーフミラーであってもよい。照明装置４４ｂは、可視光を発光するランプでもよい。
　転写光学系４３ｄは、紫外領域の光によるスリット４２の転写像が、ウインドウ４６ｄとドーパントを含む溶液とを介して、第１の所定位置に結像されるように構成されていてもよい。転写光学系４３ｄは、第１の所定位置に被照射物４３ｅの表面の位置が略一致する場合に、可視光による被照射物４３ｅの表面の転写像が、高反射ミラー４３ａ及びビームスプリッタ４４ａを介して、第２の所定位置に結像されるように構成されていてもよい。第２の所定位置に２次元センサ４４ｃの受光面の位置が略一致するように、２次元センサ４４ｃが配置されていてもよい。
　２．２　レーザドーピング装置の動作
　アッテネータ１８に含まれる２枚の部分反射ミラー１８ａ及び１８ｂは、パルスレーザ光の入射角度が互いに略等しくなるように、且つパルスレーザ光の透過率が所望の透過率となるように、回転ステージ１８ｃ及び１８ｄによって姿勢を制御されてもよい。これにより、レーザ装置２から出力されたパルスレーザ光は、所望のパルスエネルギーに減光されてアッテネータ１８を通過し得る。
　アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光は、直交する２軸のスリット４２を通過し、高反射ミラー４３ａを経由して、転写光学系４３ｄに入射してもよい。
　一方、照明装置４４ｂから出力された可視光の少なくとも一部は、ビームスプリッタ４４ａによって反射され、高反射ミラー４３ａを透過して、転写光学系４３ｄ、ウインドウ４６ｄ及びドーパントを含む溶液を介して、被照射物４３ｅの表面を照明してもよい。
　転写光学系４３ｄが、可視光による被照射物４３ｅの表面の転写像を、２次元センサ４４ｃの受光面の位置に結像するように、ＸＹＺステージ４３ｇが、テーブル４３ｆの位置を調整してもよい。このような調整がなされた場合には、転写光学系４３ｄは、紫外領域の光によるスリット４２の転写像を、被照射物４３ｅの表面に結像し得る。すなわち、パルスレーザ光がウインドウ４６ｄとドーパントを含む溶液とを透過し、被照射物４３ｅの表面に照射され得る。その結果、スリット４２の像が転写された領域で、ドーパントが、被照射物４３ｅの表面から深さ方向に拡散し得る。
　上述のように、ウインドウ４６ｄの下面は溶液に接しており、ウインドウ４６ｄの上面は溶液に接していなくてもよい。これにより、溶液供給システム４６が生じさせる溶液の流れによって液面が揺れて、転写光学系４３ｄによる転写像がゆがんだり転写位置が変化したりすることが、抑制され得る。
　また、ポンプ４６ａは、容器４３ｈの内部で溶液の流れが形成されるように、流量を制御されてもよい。パルスレーザ光のエネルギーによって溶液中に気泡が生じた場合でも、溶液の流れにより、パルスレーザ光の照射領域から気泡を除去し得る。これにより、転写光学系４３ｄの結像性能が気泡により低下することが抑制され得る。
　２．３　課題
　ＳｉＣを用いてパワーデバイスを構成する場合、不純物のドーピング深さは１００ｎｍ以上が望ましい。しかしながら、ＳｉＣにｐ型ドーパントを１００ｎｍ以上の深さにまで拡散させることは困難であり得た。
　以下に説明される実施形態においては、この課題を解決するために、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の光路に、光学パルスストレッチャーなどのパルス時間波形調節装置を配置してもよい。パルス時間波形調節装置により、例えばパルス時間幅の長いパルスレーザ光を生成し、溶液中の被照射物４３ｅの表面に照射してもよい。
３．光学パルスストレッチャーを含むレーザドーピング装置（第１の実施形態）
　３．１　構成
　図２は、本開示の第１の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ａは、図１を参照しながら説明したレーザシステムの構成に加えて、光学パルスストレッチャー１６と、パルス時間波形計測部１９と、レーザシステム制御部３１と、を備えていてもよい。また、第１の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーピング装置４ａは、図１を参照しながら説明したドーピング装置の構成に加えて、ドーピング制御部４５を備えていてもよい。
　光学パルスストレッチャー１６は、レーザ装置２とアッテネータ１８との間のパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。光学パルスストレッチャー１６は、ビームスプリッタと、遅延光学系と、を含んでもよい。光学パルスストレッチャー１６は、本開示におけるパルス時間波形調節装置に相当し得る。
　パルス時間波形計測部１９は、アッテネータ１８とドーピング装置４ａとの間のパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。パルス時間波形計測部１９は、ビームスプリッタ１９ａと、集光光学系１９ｂと、光センサ１９ｃとを含んでもよい。ビームスプリッタ１９ａは、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光を高い透過率で透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を集光光学系１９ｂに向けて反射してもよい。集光光学系１９ｂは、ビームスプリッタ１９ａによって反射された光を光センサ１９ｃの感光面に集光してもよい。光センサ１９ｃは、高速のフォトダイオード又はバイプラナ管であってもよい。
　３．２　動作
　ドーピング制御部４５は、モニタ装置４４の２次元センサ４４ｃから画像データを受信し、この画像データのコントラストが大きくなるように、ＸＹＺステージ４３ｇを制御してもよい。画像データのコントラストが最大となるようにＸＹＺステージ４３ｇが制御されたとき、被照射物４３ｅの表面の像が転写光学系４３ｄによって２次元センサ４４ｃの受光面に転写されていてもよい。このようにＸＹＺステージ４３ｇが制御されたとき、スリット４２の像が転写光学系４３ｄによって被照射物４３ｅの表面に転写され得る。
　ドーピング制御部４５は、被照射物４３ｅにおけるパルスレーザ光のフルーエンスが所定の値となるように、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥｔのデータをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。
　レーザシステム制御部３１は、レーザ装置２に、レーザ装置２から出力されるパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥＬ１を送信してもよい。次に、レーザシステム制御部３１は、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥｔが以下の式で得られる値となるように、アッテネータ１８の透過率Ｔ２を制御する信号を送信してもよい。
　　　Ｅｔ＝Ｔ１・Ｔ２・ＥＬ１
ここで、Ｔ１は光学パルスストレッチャー１６の透過率であってもよい。
　ドーピング制御部４５は、被照射物４３ｅに対するパルスレーザ光の照射領域とウインドウ４６ｄとの間を溶液が流れるように、ポンプ４６ａを駆動してもよい。
　ドーピング制御部４５は、レーザシステム制御部３１を介して、レーザ装置２に発光トリガ信号を送信してもよい。レーザ装置２に発光トリガ信号が入力されると、レーザ装置２から目標パルスエネルギーＥＬ１付近のパルスエネルギーを有するパルスレーザ光が出力され得る。この出力されたパルスレーザ光は、光学パルスストレッチャー１６に入射し、パルスストレッチされ得る。
　パルスストレッチされたパルスレーザ光は、アッテネータ１８によって目標パルスエネルギーＥｔ付近のパルスエネルギーとなるように減光されてもよい。その後、パルスレーザ光は、パルス時間波形計測部１９のビームスプリッタ１９ａによって、一部反射され、集光光学系１９ｂを介して、光センサ１９ｃに入射し得る。
　レーザシステム制御部３１は、光センサ１９ｃからの信号を受信して、パルスレーザ光のパルス時間波形を計測してもよい。また、このパルス時間波形を積分して、パルスエネルギーを計算して、目標パルスエネルギーＥｔ付近のパルスエネルギーとなっているか確認してもよい。また、計測されたパルス時間波形のデータは、ドーピング制御部４５に送信されてもよい。
　パルス時間波形計測部１９を通過したパルスレーザ光は、ドーピング装置４ａのスリット４２に入射し得る。スリット４２を通過したパルスレーザ光は、高反射ミラー４３ａによって反射され、転写光学系４３ｄと、ウインドウ４６ｄと、溶液とを介して被照射物４３ｅに入射してもよい。これにより、溶液中のドーパントが、被照射物４３ｅの照射領域にドーピングされ得る。
　３．３　光学パルスストレッチャーの詳細
　図３Ａは、図２に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。光学パルスストレッチャー１６は、ビームスプリッタ１６ｙと、凹面ミラー１６ａ～１６ｈとを含んでいてもよい。
　ビームスプリッタ１６ｙは、パルスレーザ光を高い透過率で透過させる基板を含んでもよい。この基板の第１の面１６１には減反射膜がコートされ、この基板の第２の面１６２には、部分反射膜がコートされていてもよい。ビームスプリッタ１６ｙは、ホルダ１６ｏに支持されてもよい。
　凹面ミラー１６ａ～１６ｈは、遅延光学系を構成し得る。凹面ミラー１６ａ～１６ｈの各々は、互いに略等しい焦点距離Ｆを有する凹面ミラーであってもよい。焦点距離Ｆは、例えば、ビームスプリッタ１６ｙから凹面ミラー１６ａまでの距離に相当してもよい。
　図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射するパルスレーザ光は、第１の面１６１を高い透過率で透過し、第２の面１６２の部分反射膜に入射し得る。第２の面１６２に入射したパルスレーザ光は、第１の光路と第２の光路に分岐され得る。すなわち、図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の一部は透過し、第１の光路に進んで、第１の出力パルスＰ１となり得る。図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の他の一部は反射され、第２の光路に進んで、凹面ミラー１６ａによって反射され得る。
　凹面ミラー１６ａによって反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１６ｄ、１６ｅ、１６ｈ、１６ｇ、１６ｆ、１６ｃ、１６ｂの順で反射されて、ビームスプリッタ１６ｙに図中の上側から入射してもよい。図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の一部は反射され、上記第１の光路に進んで第２の出力パルスＰ２となり得る。図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の他の一部はビームスプリッタ１６ｙを透過して再び上記第２の光路に進み得る。
　図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射して透過した第１の出力パルスＰ１と、図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射して反射された第２の出力パルスＰ２とが略同一の光路軸で、光学パルスストレッチャー１６から図中の右側に向けて出力され得る。凹面ミラー１６ａ～１６ｈを経由した遅延光路の光路長は、凹面ミラー１６ａ～１６ｈの各々の焦点距離Ｆの１６倍に相当し得る。この場合、第１の出力パルスＰ１に対する第２の出力パルスＰ２の遅延時間は、光速をｃとしたとき、１６Ｆ／ｃとなり得る。また、ビームスプリッタ１６ｙの第２の面１６２におけるパルスレーザ光のビーム断面の像が、遅延光路を通って再び第２の面１６２に入射するときに、第２の面に正転して結像し得る。
　図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射して透過したパルスレーザ光は、再び凹面ミラー１６ａによって反射され、上述と同じ遅延光路を通って、再びビームスプリッタ１６ｙに図中の上側から入射してもよい。再びビームスプリッタ１６ｙに図中の上側から入射したパルスレーザ光の一部は反射されて、光学パルスストレッチャー１６から図中の右側に向けて出力され得る。これを繰り返すことにより、第１及び第２の出力パルスＰ１及びＰ２と略同一の光路軸で、図示しない第３及び第４の出力パルスが出力され、パルスレーザ光がパルスストレッチされてもよい。
　なお、図３Ａにおいては、８枚の凹面ミラーを用いる例を示したが、本開示はこの例に限定されることなく、さらに多い数の凹面ミラーが同様に配置されてもよい。あるいは、８枚より少ない数たとえば４枚の凹面ミラーが配置されてもよい。
　図３Ｂは、光学パルスストレッチャーを用いない場合と、光学パルスストレッチャーを用いた場合のパルスレーザ光のパルス時間波形を示すグラフである。光学パルスストレッチャーの遅延光路の光路長は７ｍとし、ビームスプリッタ１６ｙの反射率は６２％とした。光学パルスストレッチャーを用いない場合、パルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴＴＩＳは約５０ｎｓであった。光学パルスストレッチャーを用いた場合、パルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴＴＩＳは約８０ｎｓとなった。ここで、パルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴＴＩＳは以下の式で算出されるものでもよい。
　　　ΔＴＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔ
　３．４　第１の実施形態の作用
　以上のように、パルスストレッチされたパルスレーザ光を、ドーパントを含む溶液中で半導体材料の被照射物４３ｅに照射することにより、パルスストレッチしない場合よりもドーピング深さを大きくし得る。
　図４Ａは、４Ｈ－ＳｉＣにドーピングされたアルミニウムの濃度とドーピング深さの関係を示すグラフである。ドーパントを含む溶液としては、飽和濃度の塩化アルミニウム水溶液を用いた。パルスレーザ光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光を用い、１パルスあたりのフルーエンスは４．５Ｊ／ｃｍ２であり、繰り返し周波数は１００Ｈｚであり、１箇所への照射ショット数は１０パルスであった。パルス時間波形及びパルス時間幅は、光学パルスストレッチャーを用いない場合と、光学パルスストレッチャーを用いた場合のいずれも、図３Ｂを参照しながら説明した通りである。
　４Ｈ－ＳｉＣにドーピングされたアルミニウムの濃度の測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で実施した。
　図４Ａに示されるように、光学パルスストレッチャーを用いて、パルスレーザ光のパルス時間幅を５０ｎｓから８０ｎｓに伸長したことにより、アルミニウムのドーピング深さが４０ｎｍから１２０ｎｍに改善した。
　図４Ａにおいては、４Ｈ－ＳｉＣにアルミニウムをドーピングした場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。ダイヤモンドやＧａＮへのドーピングであっても、塩化アルミニウム水溶液中で照射するパルスレーザ光のパルス時間幅を伸長することによって、ドーピング深さが大きくなることが期待できる。
　図４Ｂは、４Ｈ－ＳｉＣのｎ型基板の一部に、アルミニウムをドーピングしてｐ型層を形成した場合のダイオード特性を示すグラフである。横軸は、ｐ型層に印加した電圧からｎ型基板に印加した電圧を減算した値を示す。縦軸は電流を示す。横軸の値が０以上であるので、図４Ｂは、順方向バイアスの特性を示す。
　図４Ｂに示されるように、光学パルスストレッチャーを用いないでドーピングした場合、順方向の電流が流れ始める電圧であるオン電圧は、約１Ｖであった。これに対し、光学パルスストレッチャーを用いてドーピングした場合、オン電圧は約２Ｖとなった。一般にＳｉＣを用いてｐｎ接合を形成した場合、オン電圧が２Ｖ～３Ｖとなることが知られている。従って、図４Ｂに示される結果は、光学パルスストレッチャーを用いてｐ型層を形成することにより、ｐｎ接合が形成され、半導体素子として使用可能であることを証明し得る。
４．パルス時間波形を可変するレーザドーピング装置（第２の実施形態）
　４．１　構成
　図５は、本開示の第２の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第２の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ｂは、図２を参照しながら説明した光学パルスストレッチャー１６の代わりに、光学パルスストレッチャー１６αを備えていてもよい。また、第２の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーピング装置４ｂは、図２を参照しながら説明したドーピング装置の構成に加えて、ビームホモジナイザ４１を備えていてもよい。
　ビームホモジナイザ４１は、パルス時間波形計測部１９とスリット４２との間のパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。ビームホモジナイザ４１は、フライアイレンズ４１ａと、コンデンサ光学系４１ｂと、を含んでもよい。コンデンサ光学系４１ｂは、その後側焦点の位置がスリット４２の位置と略一致するように配置されてもよい。フライアイレンズ４１ａは、フライアイレンズ４１ａに含まれる複数のレンズの前側焦点を含む焦点面の位置とコンデンサ光学系４１ｂの前側焦点面の位置とが略一致するように配置されてもよい。
　ドーピング装置４ｂに入射したパルスレーザ光は、ビームホモジナイザ４１によって、スリット４２をケーラー照明し得る。その結果、パルスレーザ光の光強度分布が均一化され得る。
　４．２　光学パルスストレッチャーの詳細
　図６Ａは、図５に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。この光学パルスストレッチャー１６αは、図３Ａを参照しながら説明したビームスプリッタ１６ｙの代わりに、ビームスプリッタ１６ｎを含んでもよい。また、凹面ミラー１６ａ～１６ｈのうち、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆは、それぞれ、回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍに支持されてもよい。
　ビームスプリッタ１６ｎの第１の面１６１には減反射膜がコートされ、第２の面１６２には、矢印Ｂ方向に反射率分布を有する部分反射膜がコートされていてもよい。ビームスプリッタ１６ｎは、ホルダ１６ｏを介してアーム１６ｐに支持されてもよい。アーム１６ｐは、移動テーブル１６ｑに支持され、移動テーブル１６ｑは、１軸ステージ１６ｒに支持されてもよい。
　図６Ｄ及び図６Ｅは、ビームスプリッタ１６ｎ、ホルダ１６ｏ、アーム１６ｐ、移動テーブル１６ｑ及び１軸ステージ１６ｒを、ビームスプリッタ１６ｎの反射面に垂直な方向から見た図である。図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｅは、ビームスプリッタ１６ｎ等を図６Ａ及び図６Ｄと異なる位置に移動させた状態を示す。１軸ステージ１６ｒは、ビームスプリッタ１６ｎ、ホルダ１６ｏ、アーム１６ｐ及び移動テーブル１６ｑを、矢印Ｂ方向に往復移動できるように構成されてもよい。１軸ステージ１６ｒは、レーザシステム制御部３１（図５）によって制御されてもよい。これにより、ビームスプリッタ１６ｎは、パルスレーザ光の入射角度を維持した状態で、矢印Ｂ方向に往復移動できるように構成されてもよい。
　図６Ａを再び参照し、回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍは、それぞれ凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆを紙面の面内で回転させ、それぞれの姿勢を制御できるように構成されてもよい。回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍは、レーザシステム制御部３１（図５）によって制御されてもよい。
　凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ａに示される状態のとき、光学パルスストレッチャー１６αにパルスレーザ光が入射したときのパルスレーザ光の光路は、図３Ａを参照しながら説明したものと同様でよい。
　図６Ｂは、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ａと異なる状態を示す。凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ｂに示される状態のとき、凹面ミラー１６ａによって反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｃ、１６ｂの順で反射されてもよい。すなわち、凹面ミラー１６ｈ及び１６ｇをスキップしてもよい。この場合の遅延光路の光路長は、凹面ミラー１６ａ～１６ｈの各々の焦点距離Ｆの約１２倍に相当し得る。
　図６Ｃは、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ａ及び図６Ｂと異なる状態を示す。凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ｃに示される状態のとき、凹面ミラー１６ａによって反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１６ｄ、１６ｃ、１６ｂの順で反射されてもよい。すなわち、凹面ミラー１６ｅ、１６ｈ、１６ｇ及び１６ｆをスキップしてもよい。この場合の遅延光路の光路長は、凹面ミラー１６ａ～１６ｈの各々の焦点距離Ｆの約８倍に相当し得る。
　このように、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢によって、遅延光路の光路長を、８Ｆ、１２Ｆ及び１６Ｆと可変することができる。これらの場合のいずれにおいても、ビームスプリッタ１６ｎの第２の面１６２に入射するパルスレーザ光のビーム断面の転写像が、ビームスプリッタ１６ｎの第２の面１６２に結像し得る。遅延光路の光路長を変更することにより、第１の出力パルスＰ１に対する第２の出力パルスＰ２や上述の第３、第４の出力パルスの遅延時間を変更できるので、光学パルスストレッチャー１６αから出力されるパルスレーザ光の時間波形を変更し得る。
　ビームスプリッタ１６ｎの位置を１軸ステージ１６ｒが矢印Ｂ方向に往復移動させることによって、ビームスプリッタ１６ｎにおけるパルスレーザ光の反射率を変更することができる。ビームスプリッタ１６ｎにおけるパルスレーザ光の反射率を変更することにより、第１の出力パルスＰ１に対する第２の出力パルスＰ２や第３、第４の出力パルスの強度比を変更できるので、光学パルスストレッチャー１６αから出力されるパルスレーザ光のパルス時間波形を変更し得る。
　以上のように、光学パルスストレッチャー１６αに含まれるビームスプリッタの反射率と遅延光路の光路長とを変化させることによって、第１～第４の出力パルスのパルス時間間隔や、第１～第４の出力パルスの光強度比を変更し得る。
　他の点については、図２及び図３Ａを参照しながら説明したレーザドーピング装置と同様でよい。
　４．３　ドーピング制御部の処理
　　４．３．１　メインフロー
　図７は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。ドーピング制御部４５は、以下の処理により、所望のパルス時間波形を有するパルスレーザ光を用いてドーピングを行ってもよい。
　まず、Ｓ１００において、ドーピング制御部４５は、パルス時間波形生成パラメータのデータを受信したか否かを判定してもよい。パルス時間波形生成パラメータのデータは、例えば、オペレータが入力したものを受信してもよいし、図示しないコンピュータシステムからネットワークを通じて受信してもよい。パルス時間波形生成パラメータは、パルス時間波形を生成するために必要なパラメータであって、この場合は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値と、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長の目標値と、を含んでいてもよい。
　パルス時間波形生成パラメータのデータを受信した場合は、ドーピング制御部４５は、処理をＳ１１０に進めてもよい。パルス時間波形生成パラメータのデータを受信していない場合は、ドーピング制御部４５は、パルス時間波形生成パラメータのデータを受信するまで待機してもよい。
　パルス時間波形生成パラメータのデータを受信した場合（Ｓ１００；ＹＥＳ）、Ｓ１１０において、ドーピング制御部４５は、受信したパルス時間波形生成パラメータを読み込んでもよい。この処理の詳細については、図８Ａを参照しながら後述する。
　次に、Ｓ１２０において、ドーピング制御部４５は、ドーパントを含む溶液を被照射物の表面に供給開始するように、ポンプ４６ａ（図５）を制御してもよい。
　次に、Ｓ１３０において、ドーピング制御部４５は、２次元センサ４４ｃ（図５）の画像を参照し、所望の照射領域に位置決めするようにＸＹＺステージ４３ｇを制御してもよい。
　次に、Ｓ１４０において、ドーピング制御部４５は、受信したパルス時間波形生成パラメータにレーザシステム３ｂを設定してもよい。すなわち、ドーピング制御部４５は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長の目標値と、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値とを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図８Ｂを参照しながら後述する。
　次に、Ｓ１５０において、ドーピング制御部４５は、フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信したか否かを判定してもよい。フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータは、例えば、オペレータが入力したものを受信してもよいし、図示しないコンピュータシステムからネットワークを通じて受信してもよい。
　フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信した場合は、ドーピング制御部４５は、処理をＳ１６０に進めてもよい。フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信していない場合は、ドーピング制御部４５は、フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信するまで待機してもよい。
　フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信した場合（Ｓ１５０；ＹＥＳ）、Ｓ１６０において、ドーピング制御部４５は、受信したフルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを読み込んでもよい。
　次に、Ｓ１７０において、ドーピング制御部４５は、フルーエンスが目標値Ｆに近づくように、目標パルスエネルギーを設定してもよい。ドーピング制御部４５は、この目標パルスエネルギーのデータを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図８Ｃを参照しながら後述する。
　次に、Ｓ１９０において、ドーピング制御部４５は、Ｓ個の発光トリガ信号をレーザシステム制御部３１に出力してもよい。これにより、レーザシステム３ｂから、Ｓ個のパルスを含むパルスレーザ光が生成されてもよい。これらのパルスレーザ光は、被照射物４３ｅに照射されてもよい。
　次に、Ｓ２００において、ドーピング制御部４５は、パルス時間波形生成パラメータのデータが変更されたか否かを判定してもよい。パルス時間波形生成パラメータのデータが変更された場合（Ｓ２００；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１００に戻して、パルス時間波形生成パラメータのデータを再度受信してもよい。
　パルス時間波形生成パラメータのデータが変更されない場合（Ｓ２００；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、処理をＳ２１０に進めてもよい。Ｓ２１０において、ドーピング制御部４５は、レーザ照射を中止するか否かを判定してもよい。レーザ照射を中止しない場合（Ｓ２１０；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１３０に戻してＸＹＺステージ４３ｇの制御や発光トリガ信号の出力等を行ってもよい。レーザ照射を中止する場合（Ｓ２１０；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了してもよい。
　　４．３．２　Ｓ１１０の詳細
　図８Ａは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図８Ａに示される処理は、図７に示されるＳ１１０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　Ｓ１１２において、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値Ｒと、遅延光路の光路長の目標値Ｌとを読み込んでもよい。
　Ｓ１１２の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　　４．３．３　Ｓ１４０の詳細
　図８Ｂは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図８Ｂに示される処理は、図７に示されるＳ１４０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１４１において、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値Ｒをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率が目標値に近づくように、ビームスプリッタ１６ｎを移動させる１軸ステージ１６ｒを制御してもよい。
　次に、Ｓ１４２において、ドーピング制御部４５は、遅延光路の光路長の目標値Ｌをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長が目標値に近づくように、光学パルスストレッチャー１６αの凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆをそれぞれ回転させる回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍを制御してもよい。
　Ｓ１４２の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　　４．３．４　Ｓ１７０の詳細
　図８Ｃは、図７に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図８Ｃに示される処理は、図７に示されるＳ１７０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１７１において、ドーピング制御部４５は、受信したフルーエンスの目標値Ｆに基づいて、目標パルスエネルギーＥｔを計算してもよい。目標パルスエネルギーＥｔは、以下のように計算されてもよい。
　　　Ｅｔ＝Ｆ・Ａ／Ｔｔ
ここで、Ａは、被照射物４３ｅに結像されるスリット４２の像の面積でもよい。Ｔｔは、パルス時間波形計測部１９を介してレーザシステム３ｂから出力されるパルスレーザ光の、被照射物４３ｅに照射されるまでの光路における透過率でもよい。
　次に、Ｓ１７２において、ドーピング制御部４５は、レーザシステム制御部３１に目標パルスエネルギーＥｔを送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、レーザ装置２が出力すべきパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥＬ１を計算し、この計算結果に基づいてレーザ装置２を制御してもよい。さらに、レーザシステム制御部３１は、目標パルスエネルギーＥｔに基づいて、アッテネータ１８の透過率Ｔ２の目標値を計算してもよい。この目標値は、アッテネータ１８の透過率Ｔ２に関して以下の式が成り立つように、計算されてもよい。
　　　Ｔ２＝Ｅｔ／（Ｔ１・ＥＬ１）
ここで、Ｔ１は光学パルスストレッチャー１６αの透過率でもよい。レーザシステム制御部３１は、アッテネータ１８の透過率Ｔ２の目標値の計算結果に基づいて、アッテネータ１８を制御してもよい。これにより、レーザシステム３ｂから出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、目標パルスエネルギーＥｔに近づき得る。
　Ｓ１７２の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　４．４　ドーピング制御部の処理の変形例
　　４．４．１　メインフロー
　図９は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理の変形例を示すフローチャートである。ドーピング制御部４５は、以下の処理により、複数の照射条件によるドーピングを行ってもよい。
　ドーピング制御部４５は、Ｓ１００ａ及びＳ１１０ａにおいて、複数の組み合わせの照射条件パラメータを受信し、読み込んでもよい。ドーピング制御部４５は、Ｎｍａｘ通りの組み合わせの照射条件パラメータを受信し、読み込んでもよい。照射条件パラメータは、上述のパルス時間波形生成パラメータの他に、フルーエンスの目標値と、ショット数とを含んでもよい。
　Ｓ１１０ａの処理の詳細については図１０Ａを参照しながら後述するが、その他の点は図７を参照しながら説明したＳ１００及びＳ１１０と同様でよい。次のＳ１２０及びＳ１３０の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
　次に、Ｓ１３５において、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値を１にセットしてもよい。
　次に、Ｓ１４０ａにおいて、ドーピング制御部４５は、Ｎ番目のパルス時間波形生成パラメータにレーザシステム３ｂを設定してもよい。すなわち、ドーピング制御部４５は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長のＮ番目の目標値ＬＮと、ビームスプリッタ１６ｎの反射率のＮ番目の目標値ＲＮとを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図１０Ｂを参照しながら後述する。
　次に、Ｓ１７０ａにおいて、ドーピング制御部４５は、フルーエンスがＮ番目の目標値ＦＮに近づくように、目標パルスエネルギーを設定してもよい。ドーピング制御部４５は、この目標パルスエネルギーのデータを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図１０Ｃを参照しながら後述する。
　次に、Ｓ１９０ａにおいて、ドーピング制御部４５は、ＳＮ個の発光トリガ信号をレーザシステム制御部３１に出力してもよい。これにより、レーザシステム３ｂから、ＳＮ個のパルスを含むパルスレーザ光が生成されてもよい。これらのパルスレーザ光は、被照射物４３ｅの表面に照射されてもよい。
　次に、Ｓ１９５において、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値がＮｍａｘ以上であるか否かを判定してもよい。
　番号Ｎの値がＮｍａｘ以上ではない場合（Ｓ１９５；ＮＯ）ドーピング制御部４５は、Ｓ１９６において、番号Ｎの値に１を加えて、番号Ｎの値を更新してもよい。Ｓ１９６の後、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１４０ａに戻してもよい。
　番号Ｎの値がＮｍａｘ以上である場合（Ｓ１９５；ＹＥＳ）ドーピング制御部４５は、番号Ｎ＝１から番号Ｎ＝Ｎｍａｘまでのすべての照射条件パラメータについて発光トリガ信号を出力したことになるので、処理をＳ２００ａに進めてもよい。
　次に、Ｓ２００ａにおいて、ドーピング制御部４５は、複数通りの照射条件パラメータのデータが変更されたか否かを判定してもよい。複数通りの照射条件パラメータのデータが変更された場合（Ｓ２００ａ；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１００ａに戻して、複数通りの照射条件パラメータのデータを再度受信してもよい。
　複数通りの照射条件パラメータのデータが変更されない場合（Ｓ２００ａ；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、処理をＳ２１０に進めてもよい。
Ｓ２１０及びその後の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
　　４．４．２　Ｓ１１０ａの詳細
　図１０Ａは、図９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図１０Ａに示される処理は、図９に示されるＳ１１０ａのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１１１ａにおいて、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値を１にセットしてもよい。
　次に、Ｓ１１２ａにおいて、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率のＮ番目の目標値ＲＮと、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長のＮ番目の目標値ＬＮとを読み込んでもよい。
　次に、Ｓ１１３ａにおいて、ドーピング制御部４５は、フルーエンスのＮ番目の目標値ＦＮと、Ｎ番目のショット数ＳＮと、を読み込んでもよい。
　次に、Ｓ１１５ａにおいて、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値がＮｍａｘ以上であるか否かを判定してもよい。
　番号Ｎの値がＮｍａｘ以上ではない場合（Ｓ１１５ａ；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、Ｓ１１６ａにおいて、番号Ｎの値に１を加えて、番号Ｎの値を更新してもよい。Ｓ１１６ａの後、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１１２ａに戻してもよい。
　番号Ｎの値がＮｍａｘ以上である場合（Ｓ１１５ａ；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、番号Ｎ＝１から番号Ｎ＝Ｎｍａｘまでのすべての照射条件パラメータを受信したことになるので、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　図１０Ａに示される処理に限らず、ドーピング制御部４５は、Ｎｍａｘ通りの照射条件パラメータをテーブルデータとして一度に読み込んでもよい。
　　４．４．３　Ｓ１４０ａの詳細
　図１０Ｂは、図９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図１０Ｂに示される処理は、図９に示されるＳ１４０ａのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１４１ａにおいて、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率のＮ番目の目標値ＲＮをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率がＮ番目の目標値ＲＮに近づくように、ビームスプリッタ１６ｎを移動させる１軸ステージ１６ｒを制御してもよい。
　次に、Ｓ１４２ａにおいて、ドーピング制御部４５は、遅延光路の光路長のＮ番目の目標値ＬＮをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長がＮ番目の目標値ＬＮに近づくように、光学パルスストレッチャー１６αの凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆをそれぞれ回転させる回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍを制御してもよい。
　Ｓ１４２ａの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　　４．４．４　Ｓ１７０ａの詳細
　図１０Ｃは、図９に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図１０Ｃに示される処理は、図９に示されるＳ１７０ａのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１７１ａにおいて、ドーピング制御部４５は、受信したフルーエンスのＮ番目の目標値ＦＮに基づいて、Ｎ番目の目標パルスエネルギーＥｔを計算してもよい。Ｎ番目の目標パルスエネルギーＥｔの計算は、図８Ｃを参照しながら説明したものと同様でよい。
　次に、Ｓ１７２ａにおいて、ドーピング制御部４５は、レーザシステム制御部３１にＮ番目の目標パルスエネルギーＥｔを送信してもよい。Ｎ番目の目標パルスエネルギーＥｔを受信したレーザシステム制御部３１の動作は、図８Ｃを参照しながら説明したものと同様でよい。
　Ｓ１７２ａの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　図１１は、図９及び図１０Ａ～図１０Ｃに示される変形例において作製可能な半導体の深さ方向に対するドーパント濃度分布の例を示す。この変形例においては、同じ照射領域に、異なるパルス波形で異なるフルーエンス及びショット数の照射を行うことにより、深さ方向に異なるドーパント濃度分布を有する半導体を作製し得る。例えば、番号Ｎ＝１の照射条件パラメータは、ドーピング深さが浅く、ドーパント濃度が高くなるような条件であってもよい。反対に、番号Ｎ＝３の照射条件パラメータは、ドーピング深さが深く、ドーパント濃度が低くなるような条件であってもよい。番号Ｎ＝２の照射条件パラメータは、ドーピング深さとドーパント濃度がそれぞれ番号Ｎ＝１及び番号Ｎ＝３の照射条件パラメータの中間であってもよい。ドーピング深さは、パルス時間幅によって主に制御されてもよい。ドーパント濃度は、フルーエンスやショット数によって主に制御されてもよい。
５．照射領域の形状及び大きさを可変するレーザドーピング装置（第３の実施形態）
　５．１　構成
　図１２は、本開示の第３の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第３の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーピング装置４ｃは、図５を参照しながら説明したスリット４２の代わりに、可変スリット４２ａを備えていてもよい。レーザシステム３ｂ及びその他の構成は、図５を参照しながら説明したものと同様でよい。
　可変スリット４２ａは、互いに略直交する２軸を有するスリットであり、この２軸のスリット幅をそれぞれ変更可能に構成されていてもよい。スリット幅は、ドーピング制御部４５から出力される制御信号によって制御されてもよい。ビームホモジナイザ４１による均一照明の範囲は、可変スリット４２ａの２軸の最大幅で規定される領域よりも大きいことが望ましい。
　５．２　ドーピング制御部の処理
　　５．２．１　メインフロー
　図１３は、図１２に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。図１３に示される処理は、照射条件パラメータとして、パルス時間波形生成パラメータと、フルーエンスと、ショット数だけでなく、可変スリット４２ａのスリット幅を含む点で、図９を参照しながら説明した処理と異なってもよい。
　ドーピング制御部４５は、図９を参照しながら説明したＳ１１０ａの代わりに、Ｓ１１０ｂに従って、複数の組み合わせの照射条件パラメータを読み込んでもよい。この処理の詳細については、図１４Ａを参照しながら後述するが、Ｓ１１０ｂにおいて、照射条件パラメータは、可変スリット４２ａのスリット幅の目標値を含んでもよい。可変スリット４２ａのスリット幅は、互いに略直交する２軸のそれぞれのスリット幅であってもよい。
　また、ドーピング制御部４５は、図９を参照しながら説明したＳ１７０ａとＳ１９０ａとの間において、可変スリット４２ａのスリット幅がＮ番目の目標値ＤＮに近づくように、可変スリット４２ａを制御してもよい（Ｓ１８０）。この処理の詳細については、図１４Ｂを参照しながら後述する。
　その他の処理は、図９を参照しながら説明したものと同様でよい。
　　５．２．２　Ｓ１１０ｂの詳細
　図１４Ａは、図１３に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図１４Ａに示される処理は、図１３に示されるＳ１１０ｂのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１１１ａからＳ１１３ａまでの処理は、図１０Ａを参照しながら説明したものと同様でよい。
　次に、Ｓ１１４ｂにおいて、ドーピング制御部４５は、可変スリット４２ａのスリット幅のＮ番目の目標値ＤＮを読み込んでもよい。
　その後の処理は、図１０Ａを参照しながら説明したものと同様でよい。
　　５．２．３　Ｓ１８０の詳細
　図１４Ｂは、図１３に示される可変スリット４２ａを制御する処理の詳細を示すフローチャートである。図１４Ｂに示される処理は、図１３に示されるＳ１８０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　Ｓ１８１において、ドーピング制御部４５は、可変スリット４２ａのスリット幅がＮ番目の目標値ＤＮに近づくように、可変スリット４２ａを制御してもよい。
　Ｓ１８１の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　図１５Ａは、第３の実施形態において作製可能な半導体素子を模式的に示す。図１５Ｂは、図１５Ａに示されるＸＶＢ－ＸＶＢ線における断面図である。これらの図において、各種コンタクト電極、絶縁膜、配線等の図示は省略されている。これらの図に示される被照射物４３ｅは、４Ｈ－ＳｉＣのｎ型基板の一部に、アルミニウムをドーピングして複数のｐ型層４３１及び４３２を形成したものであってもよい。ｐ型層４３１は比較的濃度が低く、ドーピング深さが深く、ドーピング領域が狭いｐ型層であってもよい。ｐ型層４３２は比較的濃度が高く、ドーピング深さが浅く、ドーピング領域が広いｐ型層であってもよい。
　このように、第３の実施形態によれば、パルス時間波形生成パラメータと、フルーエンスの目標値と、ショット数と、スリット幅の目標値とを別々に制御することにより、ドーパント濃度と、ドーピング深さと、ドーピング領域とを別々に制御し得る。
　第３の実施形態においては、可変スリット４２ａを制御することによってドーピング領域を可変したが、本開示はこれに限定されない。可変スリット４２ａの代わりに、所望のパターンが形成されたマスクを配置し、このマスクを交換可能としてもよい。そして、マスクの交換と照射条件パラメータの制御とをそれぞれ行うことにより、被照射物の深さ方向と面方向の両方で所望の濃度分布を有する半導体素子を作製することができる。
６．ビームスプリッタのバリエーション（第４の実施形態）
　図１６Ａは、本開示の第４の実施形態に係るレーザドーピング装置において用いられる光学パルスストレッチャーの構成を示す。図１６Ｂは、図１６Ａに示される光学パルスストレッチャーにおいて用いられる複数のビームスプリッタを、これらのビームスプリッタの反射面に垂直な方向から見た図である。
　第４の実施形態において用いられる光学パルスストレッチャー１６ｚは、複数のビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖを含んでもよい。複数のビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖは、互いに異なる反射率を有していてもよい。複数のビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖは、ホルダ１６ｗに支持され、ホルダ１６ｗは、ステップモータ１６ｘによって回転可能に支持されていてもよい。
　レーザシステム制御部３１（図２）は、ステップモータ１６ｘを制御することにより、パルスレーザ光の光路にビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖを選択的に配置することができてもよい。パルスレーザ光の光路にビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖのいずれが位置する場合でも、パルスレーザ光の入射角度は一定であって、反射率だけが互いに異なってもよい。これにより、光学パルスストレッチャー１６ｚから出力されるパルスレーザ光の時間波形を変更し得る。
　他の点については、第１の実施形態と同様でよい。また、第２または第３の実施形態において、図１６Ａ及び図１６Ｂに示される光学パルスストレッチャー１６ｚが用いられてもよい。
７．複数のレーザ部を含むレーザドーピング装置（第５の実施形態）
　７．１　構成及び動作
　図１７は、本開示の第５の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第５の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ｃは、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃと、遅延回路５と、高反射ミラー６ａ、６ｂと、ナイフエッジミラー６ｃ、６ｄと、を備えていてもよい。また、第５の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ｃは、光学パルスストレッチャーを備えていなくてもよい。
　他の点については、第１～第３の実施形態の構成と同様でよい。
　第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃの各々は、上述のレーザ装置２と同様の構成を備えていてもよい。それぞれのレーザ部は、レーザシステム制御部３１から目標パルスエネルギーのデータを受信してもよい。目標パルスエネルギーのデータは、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃで互いに異なっていてもよい。それぞれのレーザ部において、受信した目標パルスエネルギーのデータに基づいて、充電コンデンサ（後述）の充電電圧が設定されてもよい。
　遅延回路５は、レーザシステム制御部３１から遅延時間の設定データを受信してもよい。遅延回路５は、ドーピング制御部４５から出力された発光トリガ信号を、レーザシステム制御部３１を介して受信してもよい。遅延回路５は、この発光トリガ信号を受信したときから、設定された遅延時間が経過したタイミングで、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれに、この順で第１、第２、第３のトリガ信号を出力してもよい。
　高反射ミラー６ａ及びナイフエッジミラー６ｃは、第１のレーザ部２ａから出力されたパルスレーザ光を高い反射率で反射することにより光路を変更してもよい。第１のレーザ部２ａから出力されて光路を変更されたパルスレーザ光は、第２のレーザ部２ｂから出力されたパルスレーザ光と略平行に且つ近接してアッテネータ１８に向けて出力されてもよい。
　高反射ミラー６ｂ及びナイフエッジミラー６ｄは、第３のレーザ部２ｃから出力されたパルスレーザ光を高い反射率で反射することにより光路を変更してもよい。第３のレーザ部２ｃから出力されて光路を変更されたパルスレーザ光は、第２のレーザ部２ｂから出力されたパルスレーザ光と略平行に且つ近接してアッテネータ１８に向けて出力されてもよい。
　第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃからそれぞれ出力されたパルスレーザ光は、アッテネータ１８及びパルス時間波形計測部１９を介してビームホモジナイザ４１に入射してもよい。ビームホモジナイザ４１により、スリット４２がケーラー照明されることにより、これらのパルスレーザ光の光路がスリット４２において重なり合って、スリット４２の開口部におけるビームの光強度プロファイルが均一化され得る。
　図１８は、図１７に示されるレーザドーピング装置におけるトリガ信号とパルスレーザ光のタイミングチャートを示す。第５の実施形態においては、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光を重ね合わせることにより、所望のパルス時間波形を有するパルスレーザ光を被照射物に照射してもよい。
　遅延回路５から第１のレーザ部２ａに出力される第１のトリガ信号は、レーザシステム制御部３１から遅延回路５に出力される発光トリガ信号に対して遅延時間Ｔｒ１を有していてもよい。
　遅延回路５から第２のレーザ部２ｂに出力される第２のトリガ信号は、レーザシステム制御部３１から遅延回路５に出力される発光トリガ信号に対して遅延時間Ｔｒ２を有していてもよい。
　遅延回路５から第３のレーザ部２ｃに出力される第３のトリガ信号は、レーザシステム制御部３１から遅延回路５に出力される発光トリガ信号に対して遅延時間Ｔｒ３を有していてもよい。
　第１のレーザ部２ａは、第１のトリガ信号を受信すると、パルスレーザ光である第１パルスを出力してもよい。第１のトリガ信号の受信タイミングと、第１パルスの立ち上がりのタイミングとは、ほぼ一致していてもよい。
　第２のレーザ部２ｂは、第２のトリガ信号を受信すると、パルスレーザ光である第２パルスを出力してもよい。第２のトリガ信号の受信タイミングと、第２パルスの立ち上がりのタイミングとは、ほぼ一致していてもよい。従って、第１パルスに対する第２パルスのパルス時間間隔Ｔｄ２は、第１のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ１と第２のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ２との差にほぼ相当し得る。
　第３のレーザ部２ｃは、第３のトリガ信号を受信すると、パルスレーザ光である第３パルスを出力してもよい。第３のトリガ信号の受信タイミングと、第３パルスの立ち上がりのタイミングとは、ほぼ一致していてもよい。従って、第１パルスに対する第３パルスのパルス時間間隔Ｔｄ３は、第１のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ１と第３のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ３との差にほぼ相当し得る。
　第１～第３のレーザ部２ａ～２ｃからそれぞれ出力される第１～第３パルスは、互いに異なるパルス時間波形を有してもよい。特に、第１～第３のレーザ部２ａ～２ｃは、それぞれ設定された目標パルスエネルギーに応じて、充電コンデンサの充電電圧を設定されていてもよい。例えば、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスの光強度Ｉ１のピーク値に対して、第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスの光強度Ｉ２のピーク値が、１未満である光強度比Ｅｒ２を有するように設定されてもよい。また、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスの光強度Ｉ１のピーク値に対して、第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスの光強度Ｉ３のピーク値が、上記Ｅｒ２より小さい光強度比Ｅｒ３を有するように設定されてもよい。
　これらの第１～第３パルスを、高反射ミラー６ａ、６ｂとナイフエッジミラー６ｃ、６ｄとで近接させ、さらに、ビームホモジナイザ４１によって重ね合わせてもよい。これにより、被照射物４３ｅには、互いに異なる遅延時間を有する第１～第３パルスの波形を重ね合わせることによりパルス時間幅が伸長したパルスレーザ光が照射されてもよい。遅延回路５は、本開示におけるパルス時間波形調節装置に相当し得る。
　７．２　ドーピング制御部の処理
　　７．２．１　メインフロー
　図１９は、図１７に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。ドーピング制御部４５は、以下の処理により、所望のパルス時間波形を有するパルスレーザ光によるドーピングを行ってもよい。
　ドーピング制御部４５は、Ｓ１００ｃ及びＳ１１０ｃにおいて、パルス時間波形生成パラメータを受信し、読み込んでもよい。ここで、パルス時間波形生成パラメータは、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光のパルス時間間隔の目標値と、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光の光強度比の目標値と、を含んでもよい。
　Ｓ１１０ｃの処理の詳細については図２０Ａを参照しながら後述するが、その他の点は図７を参照しながら説明したＳ１００及びＳ１１０と同様でよい。次のＳ１２０及びＳ１３０の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
　次に、Ｓ１４０ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、読み込んだパルス時間波形生成パラメータにレーザシステム３ｃを設定してもよい。すなわち、ドーピング制御部４５は、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光のパルス時間間隔の目標値と、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光の光強度比の目標値とを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図２０Ｂを参照しながら後述する。
　その後の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
　　７．２．２　Ｓ１１０ｃの詳細
　図２０Ａは、図１９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図２０Ａに示される処理は、図１９に示されるＳ１１０ｃのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１１１ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスの光強度比Ｅｒ２の目標値を読み込んでもよい。
　次に、Ｓ１１２ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスの光強度比Ｅｒ３の目標値を読み込んでもよい。
　次に、Ｓ１１３ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスのパルス時間間隔Ｔｄ２の目標値を読み込んでもよい。
　次に、Ｓ１１４ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスのパルス時間間隔Ｔｄ３の目標値を読み込んでもよい。
　Ｓ１１４ｃの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　　７．２．３　Ｓ１４０ｃの詳細
　図２０Ｂは、図１９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図２０Ｂに示される処理は、図１９に示されるＳ１４０ｃのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
　まず、Ｓ１４１ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａの目標パルスエネルギーＥＬ１をレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、第１パルスのパルスエネルギーが目標パルスエネルギーＥＬ１に近づくように、第１のレーザ部２ａを制御してもよい。
　次に、Ｓ１４２ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第２のレーザ部２ｂの目標パルスエネルギーＥＬ２をレーザシステム制御部３１に送信してもよい。第２のレーザ部２ｂの目標パルスエネルギーＥＬ２は、以下のように算出されてもよい。
　　　ＥＬ２＝ＥＬ１×Ｅｒ２
これにより、レーザシステム制御部３１は、第２パルスのパルスエネルギーが目標パルスエネルギーＥＬ２に近づくように、第２のレーザ部２ｂを制御してもよい。
　次に、Ｓ１４３ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第３のレーザ部２ｃの目標パルスエネルギーＥＬ３をレーザシステム制御部３１に送信してもよい。第３のレーザ部２ｃの目標パルスエネルギーＥＬ３は、以下のように算出されてもよい。
　　　ＥＬ３＝ＥＬ１×Ｅｒ３
これにより、レーザシステム制御部３１は、第３パルスのパルスエネルギーが目標パルスエネルギーＥＬ３に近づくように、第３のレーザ部２ｃを制御してもよい。
　それぞれのレーザ部において、それぞれのレーザ部から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーがそれぞれの目標パルスエネルギーに近づくように、それぞれの充電コンデンサの充電電圧が設定されてもよい。このようにして充電電圧が設定される結果、それぞれのレーザ部から出力されるパルスレーザ光の光強度比が、上記光強度比の目標値に近づいてもよい。もし、ここで、充電電圧の設定範囲内で、パルスレーザ光のパルスエネルギーを目標パルスエネルギーに近づけることができない場合は、レーザチャンバ内のレーザガスの圧力を制御することによって、目標パルスエネルギーに近づけてもよい。
　次に、Ｓ１４４ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスの遅延時間Ｔｒ１の目標値を、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、第１パルスの遅延時間Ｔｒ１が設定された目標値となるように、遅延回路５を制御してもよい。
　次に、Ｓ１４５ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスの遅延時間Ｔｒ２の目標値を、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。第２パルスの遅延時間Ｔｒ２の目標値は、以下のように算出されてもよい。
　　　Ｔｒ２＝Ｔｒ１＋Ｔｄ２
これにより、レーザシステム制御部３１は、第２パルスの遅延時間Ｔｒ２が設定された目標値となるように、遅延回路５を制御してもよい。
　次に、Ｓ１４６ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスの遅延時間Ｔｒ３の目標値を、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。第３パルスの遅延時間Ｔｒ３の目標値は、以下のように算出されてもよい。
　　　Ｔｒ３＝Ｔｒ１＋Ｔｄ３
これにより、レーザシステム制御部３１は、第３パルスの遅延時間Ｔｒ３が設定された目標値となるように、遅延回路５を制御してもよい。
　Ｓ１４６ｃの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
　７．３　作用
　以上のように、第５の実施形態においては、複数のレーザ部によるパルスレーザ光の出力タイミングは、遅延回路５によって設定され得る。また、複数のレーザ部によるパルスレーザ光の光強度比は、それぞれのレーザ部の充電コンデンサの充電電圧によって設定され得る。
　第５の実施形態においては、第１～第３パルスの光強度比を制御するために、第１～第３のレーザ部２ａ～２ｃに対する目標パルスエネルギーを設定している。これとは別に、被照射物に対して照射されるパルスレーザ光のフルーエンスを制御するために、アッテネータ１８が別途制御されてもよい。
　第５の実施形態によれば、複数のレーザ部によるパルスレーザ光の出力タイミングと光強度比を個別に設定することができる。従って、これらのパルスレーザ光を重ね合わせたパルスレーザ光の時間波形の自由度が、第１～第４の実施形態と比べて向上し得る。
８．ホウ素を含む溶液を用いたレーザドーピング装置（第６の実施形態）
　図２１は、本開示の第６の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーパントを含む溶液としてホウ素を含む溶液を用いた場合に、４Ｈ－ＳｉＣにドーピングされたホウ素の濃度とドーピング深さとの関係を示すグラフである。第６の実施形態に係るレーザドーピング装置の図示は省略するが、ホウ素を含む溶液を用いる他は、図１を参照しながら説明したレーザドーピング装置と同様の装置であってもよい。すなわち、第６の実施形態においては、パルスレーザ光のパルスストレッチをしなくてもよい。
　ドーパントを含む溶液としては、飽和濃度のホウ酸水溶液を用いた。パルスレーザ光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光を用い、１パルスあたりのフルーエンスは４．５Ｊ／ｃｍ２であり、１箇所への照射ショット数は１パルスであった。パルス時間幅ΔＴＴＩＳは、５０ｎｓであった。
　ｐ型ドーパントを含む溶液中でＳｉＣにレーザ光を照射することによる不純物のドーピングにおいては、ｐ型ドーパントとしてアルミニウムが用いられていたが、４０ｎｍ以上のドーピング深さを達成することができなかった。第６の実施形態によれば、ｐ型ドーパントとしてホウ素を用いたことにより、パルスストレッチしなくても約４００ｎｍの深さまでドーピングできることがわかった。
　図２１においては、４Ｈ－ＳｉＣにホウ素をドーピングした場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。ダイヤモンドやＧａＮへのドーピングであっても、ホウ素を含む溶液中でパルスレーザ光を照射することによって、パルスレーザ光のパルス時間幅を伸長しなくても、ドーピング深さが大きくなることが期待できる。
９．その他
　９．１　レーザ装置の詳細
　図２２は、上述のレーザ装置の具体的構成を示す。図２２に示されるレーザ装置２は、レーザチャンバ１０と、一対の電極１１ａ及び１１ｂと、充電器１２と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）１３と、を含んでもよい。図２２においては、レーザ光の進行方向に略垂直な方向から見たレーザチャンバ１０の内部構成が示されている。
　レーザ装置２は、さらに、クロスフローファン２１と、モータ２２と、を含んでもよい。レーザ装置２は、さらに、高反射ミラー１４と、出力結合ミラー１５と、パルスエネルギー計測部１７と、レーザ制御部３０と、レーザガス供給排気装置２３と、を含んでもよい。
　レーザチャンバ１０は、上述のレーザ媒質が封入されるチャンバでもよい。圧力センサ２４は、レーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を計測するように配管を介してレーザチャンバ１０に接続されていてもよい。一対の電極１１ａ及び１１ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ１０内に配置され得る。レーザチャンバ１０には開口が形成され、この開口を電気絶縁部２０が塞いでいてもよい。電極１１ａは電気絶縁部２０に支持され、電極１１ｂはレーザチャンバ１０の内部仕切板１０ｃに支持されていてもよい。電気絶縁部２０には、導電部２０ａが埋め込まれていてもよい。導電部２０ａは、パルスパワーモジュール１３から供給される高電圧を電極１１ａに印加するように、パルスパワーモジュール１３の高電圧端子と電極１１ａとを電気的に接続してもよい。レーザチャンバ１０は、ガス配管によってレーザガス供給排気装置２３に接続されてもよい。
　クロスフローファン２１の回転軸は、レーザチャンバ１０の外部に配置されたモータ２２に接続されていてもよい。モータ２２がクロスフローファン２１を回転させることにより、レーザガスがレーザチャンバ１０の内部で循環してもよい。
　電源装置は、充電器１２と、パルスパワーモジュール１３と、を含んでもよい。パルスパワーモジュール１３は、充電コンデンサと、スイッチ１３ａと、を含んでもよい。充電器１２の出力は、充電コンデンサと接続され、充電器１２は、一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に高電圧を印加するための電気エネルギーを保持し得る。レーザ制御部３０によって制御されるスイッチ１３ａがＯＦＦからＯＮになると、パルスパワーモジュール１３は、充電コンデンサに保持されていた電気エネルギーからパルス状の高電圧を生成し、この高電圧を一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に印加してもよい。
　一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に高電圧が印加されると、一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ１０内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行し得る。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出し得る。
　レーザチャンバ１０の両端にはウインドウ１０ａ及び１０ｂが設けられてもよい。レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射し得る。
　高反射ミラー１４は、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ａから出射された光を高い反射率で反射し、レーザチャンバ１０内に戻してもよい。
　出力結合ミラー１５の表面には、部分反射膜がコーティングされていてもよい。従って、出力結合ミラー１５は、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ｂから出力される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ１０内に戻してもよい。
　高反射ミラー１４と出力結合ミラー１５とで、光共振器が構成され得る。レーザチャンバ１０から出射した光は、高反射ミラー１４と出力結合ミラー１５との間で往復し、電極１１ａと電極１１ｂとの間のレーザゲイン空間を通過する度に増幅され得る。増幅された光の一部が、出力結合ミラー１５を介して、パルスレーザ光として出力され得る。
　パルスエネルギー計測部１７は、ビームスプリッタ１７ａと、集光光学系１７ｂと、光センサ１７ｃとを含んでもよい。ビームスプリッタ１７ａは、出力結合ミラー１５を透過したパルスレーザ光を高い透過率で透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を集光光学系１７ｂに向けて反射してもよい。集光光学系１７ｂは、ビームスプリッタ１７ａによって反射された光を光センサ１７ｃの感光面に集光してもよい。光センサ１７ｃは、感光面に集光されたレーザ光のパルスエネルギーを検出し、パルスエネルギーの検出データをレーザ制御部３０に出力してもよい。
　レーザ制御部３０は、例えば、充電器１２に対して充電電圧の設定信号を送信したり、パルスパワーモジュール１３に対してスイッチＯＮ又はＯＦＦの発光トリガ信号を送信したりしてもよい。さらに、レーザ制御部３０は、レーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を制御するために、圧力センサ２４の検出値に基づいて、レーザガス供給排気装置２３を制御してもよい。
　レーザ制御部３０は、パルスエネルギー計測部１７からパルスエネルギーの検出データを受信してもよく、このパルスエネルギーの検出データを参照して充電器１２の充電電圧やレーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を制御してもよい。充電器１２の充電電圧やレーザガスの圧力を制御することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギーが制御されてもよい。また、レーザ制御部３０は、パルスエネルギー計測部１７から受信したデータに基づいて、エキシマレーザ装置の発振パルス数を計数してもよい。
　図２３は、図２２に示されるレーザチャンバの内部構成と、パルスパワーモジュールの構成とを示す。図２３においては、レーザ光の進行方向に略平行な方向から見たレーザチャンバ１０の内部構成が示されている。レーザチャンバ１０の内部仕切板１０ｃを含む導電性部材は、接地電位に接続されてもよい。電極１１ｂは内部仕切板１０ｃを介して接地電位に接続されていてもよい。
　レーザチャンバ１０の内部には、一対の電極１１ａ及び１１ｂと、クロスフローファン２１との他に、熱交換器２６が配置されてもよい。クロスフローファン２１が回転することにより、レーザガスは、矢印Ａで示されるようにレーザチャンバ１０の内部で循環してもよい。熱交換器２６は、放電によって高温となったレーザガスの熱エネルギーをレーザチャンバ１０の外部に排出してもよい。
　パルスパワーモジュール１３は、充電コンデンサＣ０と、スイッチ１３ａと、昇圧トランスＴＣ１と、複数の磁気スイッチＳｒ１～Ｓｒ３と、複数のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、を含んで構成されてもよい。
　磁気スイッチＳｒ１～Ｓｒ３は、いずれも、可飽和リアクトルを含んでもよい。磁気スイッチＳｒ１～Ｓｒ３の各々は、その両端に印加された電圧の時間積分値が、各磁気スイッチの特性で決まる所定の値になったときに、低インピーダンスになるようにしてもよい。
　充電器１２には、レーザ制御部３０により充電電圧が設定されてもよい。充電器１２は、設定された充電電圧に基づいて、充電コンデンサＣ０を充電してもよい。
　パルスパワーモジュール１３のスイッチ１３ａには、レーザ制御部３０により発光トリガ信号が入力されてもよい。発光トリガ信号がスイッチ１３ａに入力されると、スイッチ１３ａがＯＮになってもよい。スイッチ１３ａがＯＮになると、充電コンデンサＣ０から昇圧トランスＴＣ１の１次側に電流が流れ得る。
　昇圧トランスＴＣ１の１次側に電流が流れると、電磁誘導によって昇圧トランスＴＣ１の２次側に逆方向の電流が流れ得る。昇圧トランスＴＣ１の２次側に電流が流れると、やがて磁気スイッチＳｒ１に印加される電圧の時間積分値が閾値に達し得る。
　磁気スイッチＳｒ１に印加される電圧の時間積分値が閾値に達すると、磁気スイッチＳｒ１は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチＳｒ１は閉じ得る。
　磁気スイッチＳｒ１が閉じると、昇圧トランスＴＣ１の２次側からコンデンサＣ１に電流が流れ、コンデンサＣ１が充電され得る。
　コンデンサＣ１が充電されることにより、やがて磁気スイッチＳｒ２は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチＳｒ２は閉じ得る。
　磁気スイッチＳｒ２が閉じると、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２に電流が流れ、コンデンサＣ２が充電され得る。このとき、コンデンサＣ１を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサＣ２が充電されてもよい。
　コンデンサＣ２が充電されることにより、やがて磁気スイッチＳｒ３は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチＳｒ３は閉じ得る。
　磁気スイッチＳｒ３が閉じると、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３に電流が流れ、コンデンサＣ３が充電され得る。このとき、コンデンサＣ２を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサＣ３が充電されてもよい。
　このように、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３へと電流が順次流れることにより、当該電流のパルス幅は圧縮され、高電圧化され得る。
　コンデンサＣ３の電圧がレーザガスのブレークダウン電圧に達したときに、一対の電極１１ａ及び１１ｂ間のレーザガスに絶縁破壊が生じ得る。これにより、レーザガスが励起され、レーザ発振して、パルスレーザ光が出力され得る。このような放電動作が、スイッチ１３ａのスイッチング動作によって繰り返されることにより、所定の発振周波数で、パルスレーザ光が出力されてもよい。
　９．２　フライアイレンズの構成
　図２４は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズ４１ａの例を示す斜視図である。フライアイレンズ４１ａにおいては、紫外領域の光を高い透過率で透過させる基板の第１の面に、複数の凹面のシリンドリカル面４１１がＹ方向に配列されていてもよい。当該基板の第１の面と反対側の第２の面に、複数の凹面のシリンドリカル面４１２がＸ方向に配列されていてもよい。シリンドリカル面４１１の前側焦点面の位置と、シリンドリカル面４１２の前側焦点面の位置とは略一致していてもよい。
　図２５は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズの変形例を示す斜視図である。フライアイレンズは、１枚の基板の２つの面にそれぞれシリンドリカル面が形成されたものに限定されず、２枚の基板４１ｃ及び４１ｄにそれぞれシリンドリカル面４１３及び４１４が形成されたものでもよい。シリンドリカル面４１３及び４１４は凹面である場合に限定されず、凸面であってもよい。その他の点については、図２４を参照しながら説明したものと同様でよい。
　９．３　制御部の構成
　図２６は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
　上述した実施の形態におけるドーピング制御部４５、レーザシステム制御部３１等の制御部は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、以下のように構成されてもよい。
（構成）
　制御部は、処理部１０００と、処理部１０００に接続される、ストレージメモリ１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とによって構成されてもよい。また、処理部１０００は、ＣＰＵ１００１と、ＣＰＵ１００１に接続された、メモリ１００２と、タイマー１００３と、ＧＰＵ１００４とから構成されてもよい。
（動作）
　処理部１０００は、ストレージメモリ１００５に記憶されたプログラムを読出してもよい。また、処理部１０００は、読出したプログラムを実行したり、プログラムの実行に従ってストレージメモリ１００５からデータを読出したり、ストレージメモリ１００５にデータを記憶させたりしてもよい。
　パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、パラレルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０２１～１０２ｘに接続されてもよい。パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うパラレルＩ／Ｏポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
　シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、シリアルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０３１～１０３ｘに接続されてもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うシリアルＩ／Ｏポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
　Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して通信可能な機器１０４１～１０４ｘに接続されてもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うアナログポートを介した、アナログ信号による通信を制御してもよい。
　ユーザインターフェイス１０１０は、オペレータが処理部１０００によるプログラムの実行過程を表示したり、オペレータによるプログラム実行の中止や割り込み処理を処理部１０００に行わせたりするよう構成されてもよい。
　処理部１０００のＣＰＵ１００１はプログラムの演算処理を行ってもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１がプログラムを実行する過程で、プログラムの一時記憶や、演算過程でのデータの一時記憶を行ってもよい。タイマー１００３は、時刻や経過時間を計測し、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に時刻や経過時間を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、処理部１０００に画像データが入力された際、プログラムの実行に従って画像データを処理し、その結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
　パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０に接続される、パラレルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０２１～１０２ｘは、レーザ装置２、他の制御部等の発光トリガ信号やタイミングを示す信号の受送信に使用してもよい。
　シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０に接続される、シリアルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０３１～１０３ｘは、レーザ装置２、光学パルスストレッチャー１６α、アッテネータ１８、ＸＹＺステージ４３ｇ、他の制御部等のデータの受送信に使用してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０に接続される、アナログポートを介して通信可能な機器１０４１～１０４ｘは、パルス時間波形計測部１９、モニタ装置４４等の各種センサであってもよい。
　以上のように構成されることで、制御部は各実施形態に示された動作を実現可能であってよい。
　上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
　本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (13)

  1. 　半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、
    　前記所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給する溶液供給システムと、
    　前記ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、前記パルスレーザ光のパルス時間波形を調節するパルス時間波形調節装置と、を含むレーザシステムと、
    を備えるレーザドーピング装置。
  2. 　前記溶液供給システムは、前記所定領域に沿って前記ドーパントを含む溶液の流れを形成するためのポンプを含む、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  3. 　前記パルス時間波形調節装置は、光学パルスストレッチャーを含む、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  4. 　前記レーザシステムは、複数のレーザ装置を含み、
    　前記パルス時間波形調節装置は、前記複数のレーザ装置から出力されるそれぞれのパルスレーザ光のタイミングを調節する遅延回路を含み、
    　前記複数のレーザ装置から出力されたそれぞれのパルスレーザ光を重ね合わせて、前記半導体材料の所定領域に照射する光学系をさらに備える、
    請求項１記載のレーザドーピング装置。
  5. 　前記複数のレーザ装置が互いに異なるパルス時間波形を有する前記パルスレーザ光をそれぞれ出力するように、前記複数のレーザ装置を制御する制御部
    をさらに備える、請求項４記載のレーザドーピング装置。
  6. 　前記半導体材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＧａＮのいずれかである、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  7. 　前記レーザシステムから出力されるパルスレーザ光の時間波形の時刻ｔにおける光強度をＩ（ｔ）としたとき、ΔＴＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔで定義されるパルス幅は、８０ｎｓ以上である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  8. 　前記ドーパントを含む溶液は、塩化アルミニウム水溶液である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  9. 　前記ドーパントを含む溶液は、ホウ酸水溶液である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  10. 　前記パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍ以上、３０８ｎｍ以下である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
  11. 　半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、
    　前記所定領域に、ホウ素を含む溶液を供給する溶液供給システムと、
    　前記ホウ素を含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、
    を備えるレーザドーピング装置。
  12. 　前記ホウ素を含む溶液は、ホウ酸水溶液であり、
    　前記パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍ以上、３０８ｎｍ以下である、請求項１１記載のレーザドーピング装置。
  13. 　半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング方法において、
    　前記所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給することと、
    　前記ドーパントを含む溶液を透過する前記パルスレーザ光を出力することと、
    　前記パルスレーザ光のパルス時間波形を調節することと、
    を備えるレーザドーピング方法。
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