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酸化ガリウム混晶半導体薄膜を用いたヘテロ接合デバイスの開発

Research Project

Project/Area Number 16J09832
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

若林 諒  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords酸化ガリウム / ワイドギャップ半導体 / 薄膜成長 / パルスレーザ堆積法 / 混晶化合物 / バンドギャップ / ヘテロ接合 / エピタキシャル成長 / 酸化物 / 結晶成長 / バンドギャップエンジニアリング / 電子構造
Outline of Annual Research Achievements

本研究はβ-Ga2O3のヘテロ接合デバイス応用に向けた薄膜成長および物性評価を行う研究である.本年度はヘテロ接合デバイスに用いる混晶化合物に関する検討のため,大きく分けて以下3点に関して取り組んだ.
(1)昨年度,エピタキシャル成長によりβ-(Al,Ga)2O3の全率固溶の実現するとともに,バンドギャップ評価を行った.この中で,バンドギャップの組成依存性において2つのボーイング挙動が観察された.この特異なボーイング挙動の要因について,β-Ga2O3が有する結晶構造と配位位置に由来すると考察した.
(2)混晶化は母体となる化合物の物性制御を可能とすることに加えて,異なる特性を有する化合物を混晶化させることで多機能を有する混晶化合物が期待できる.本研究では新たな酸化ガリウム系混晶化合物としてSc2O3を混晶化させたβ-(Ga,Sc)2O3に着目し,薄膜成長と物性評価を行った.その結果,Sc組成 ~ 30 %まで単相のβ-(Ga,Sc)2O3薄膜を得るとともに,β-(Al,Ga)2O3よりも大きなバンドギャップ増大が見られた.これはScが有する大きな陽性に起因すると考察した.
(3)前述のβ-(Al,Ga)2O3,β-(Ga,Sc)2O3は組成の増大に伴いβ-Ga2O3と大きな格子ミスマッチを生じる.この格子ミスマッチはヘテロ接合界面における電気伝導を阻害する恐れがある.本研究ではこの格子ミスマッチの抑制のため,β-Ga2O3に格子整合するβ-(Al,Ga,Sc)2O3三元混晶化合物の薄膜成長と物性評価を行った.その結果,混晶組成 ~ 20 %まで単相のβ-(Al,Ga,Sc)2O3薄膜を得た.また二元混晶化合物よりも大きなバンドギャップを実現しつつ,大きな臨界膜厚を有するβ-(Al,Ga,Sc)2O3薄膜を実現した.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Band alignment at β-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3 (100) interface fabricated by pulsed-laser deposition2018

    • Author(s)
      Wakabayashi Ryo、Hattori Mai、Yoshimatsu Kohei、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Ohtomo Akira
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 112 Issue: 23 Pages: 232103-232103

    • DOI

      10.1063/1.5027005

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial structure and electronic property of β-Ga2O3 films grown on MgO (100) substrates by pulsed-laser deposition2017

    • Author(s)
      R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, M. Hattori, A. Ohtomo
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 111 Issue: 16 Pages: 162101-162101

    • DOI

      10.1063/1.4990779

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial growth and electric properties of γ-Al2O3 (110) films on β-Ga2O3 (010) substrates2016

    • Author(s)
      M. Hattori, T. Oshima, R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, K. Sasaki, T. Masui, A. Kuramata, S. Yamakoshi, K. Horiba, H. Kumigashira, A. Ohtomo
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Issue: 12 Pages: 1202B6-1202B6

    • DOI

      10.7567/jjap.55.1202b6

    • NAID

      210000147266

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Formation of indium-tin oxide ohmic contacts for β-Ga2O32016

    • Author(s)
      T. Oshima, R. Wakabayashi, M. Hattori, A. Hashiguchi, N. Kawano, K. Sasaki, T. Masui, A. Kuramata, S. Yamakoshi, K. Yoshimatsu, A. Ohtomo, T. Oishi, M. Kasu
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Issue: 12 Pages: 1202B7-1202B7

    • DOI

      10.7567/jjap.55.1202b7

    • NAID

      210000147267

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] PLD法によるβ-(Ga1-yScy)2O3薄膜成長とバンドギャップ変調2018

    • Author(s)
      若林諒, 吉松公平, 大友明
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新規ワイドギャップ混晶半導体β-(Ga1-yScy)2O32018

    • Author(s)
      若林諒, 吉松公平, 大友明
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ウェットエッチングを用いたβ-Ga2O3 (100)基板表面のSi不純物除去2018

    • Author(s)
      李政洙, 若林諒, 吉松公平, 加渡幹尚 大友明
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] MgO (100)基板上β-Ga2O3:Si (100)薄膜のヘテロエピタキシャル成長2017

    • Author(s)
      若林諒, 服部真依, 吉松公平, 大友明
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜,神奈川県
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] β-Ga2O3 (100)上に成長したβ-(AlxGa1-x)2O3 薄膜のバンドギャップ評価2017

    • Author(s)
      服部真依, 若林諒, 佐々木公平, 増井建和, 倉又朗人, 山腰茂伸, 堀場弘司, 組頭広志, 吉松公平, 大友明
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜,神奈川県
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 全Al組成β-(AlxGa1-x)2O3 (0 ≦ x ≦ 1) 薄膜のヘテロエピタキシャル成長2017

    • Author(s)
      若林諒, 服部真依, 吉松公平, 大友明
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth of β-Ga2O3-based heterostructures by pulsed-laser deposition2017

    • Author(s)
      R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, and A. Ohtomo
    • Organizer
      2nd International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low-temperature growth of β-Ga2O3:Si (100) films on MgO (100) substrates2016

    • Author(s)
      Ryo Wakabayashi, Kohei Yoshimatsu, and Akira Ohtomo
    • Organizer
      German-Japanese Gallium Oxide Technology Meeting 2016
    • Place of Presentation
      the Leibniz Institute for Crystal Growth (IKZ), Berlin, German
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 東京工業大学 物質理工学院 応用化学系 大友研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ohtomo.apc.titech.ac.jp/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 酸化ガリウムの製造方法,2019

    • Inventor(s)
      加渡幹尚, 大友明, 若林諒, 李政洙
    • Industrial Property Rights Holder
      加渡幹尚, 大友明, 若林諒, 李政洙
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Acquisition Date
      2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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