| Project/Area Number |
22K04206
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
中野 由崇 中部大学, 工学部, 教授 (60394722)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 酸化ガリウム / イオン照射 / 欠陥準位 / 酸素空孔 / ガリウム空孔 / 光容量過渡分光計測 / フォトルミネッセンス計測 / 真空中アニール / 次世代パワー半導体 / 固有欠陥準位 / フォトルミネッセンス |
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| Outline of Research at the Start |
酸化ガリウム(β-Ga2O3)は次世代パワー半導体として期待されているが、優れた物性値を反映したデバイス特性の実現には電気的に活性な欠陥の理解とそれらを極力低減した結晶の高品質化が必要不可欠となる。本研究では、研究代表者が保有している光容量過渡分光(SSPC)計測をより大きなバンドギャップを有するβ-Ga2O3に適用・深化させ、高温度真空中アニールや電子線照射等により強制導入される電気的な欠陥種を系統的に調べ、as-grown状態での電気的欠陥を全容解明すると同時に、デバイス特性に悪影響を及ぼすキラー欠陥準位を特定し、β-Ga2O3結晶の高品質化のための結晶成長指針を抽出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化ガリウム(β-Ga2O3)はポストSiC,GaNの次世代パワー半導体として期待されているが、優れた物性値を反映したデバイス特性の実現にはGa空孔,O空孔等に関連した電気的に活性な固有欠陥準位の挙動理解から高品質なβ-Ga2O3単結晶基板を開発する必要がある。本研究の2023年度は、H,Heを高エネルギーイオン照射したunintentionally-doped n型β-Ga2O3(001)ホモエピタキシャル基板を光容量過渡分光(SSPC)計測とフォトルミネッセンスの温度依存性(VT-PL)計測し、イオン照射により導入されるas-implanted状態での固有欠陥準位の生成挙動を検討した。
VT-PL計測から、未照射状態と比較してイオン照射したas-implanted状態では低温域のO空孔関連の発光(~2.3eV)や高温域のO空孔関連の自己束縛励起子による発光(~3.3eV)のPL強度が増加することから、イオン照射によりO空孔欠陥が増加することが分かった。また、HとHeのイオン種による明確な差異はほとんどなかった。一方、SSPC計測から、as-implanted状態では伝導帯下2.2eV, 2.8eV, 3.9eV付近に伝導帯へ電子放出する欠陥準位が大きく濃度増加することが分かった。また、Heイオン照射の方がこれらの欠陥準位濃度は明らかに高くなる傾向を示した。これらの欠陥準位はGa空孔関連であると推定される。更に、Heイオン照射の場合のみ、伝導帯下4.3eV付近に伝導帯へ電子放出する欠陥準位が新たに生成されることが分かった。Hイオン照射の場合、空孔型欠陥の内部でHがダングリングボンドを終端して電気的に不活性化していると考えられることから、この特異な欠陥準位(Ec-4.3eV)はGa空孔欠陥が拡散・クラスター化する際に一時的に現れる準安定的な欠陥準位であると思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2023年度は、H,Heを高エネルギーイオン照射によりβ-Ga2O3(001)ホモエピタキシャル基板に導入される欠陥準位のas-implanted状態でのエネルギー状態密度分布を定量的に評価し、幾つかの有益な実験結果を得ることができた。しかしながら、導入された欠陥準位のポストアニール挙動に関する実験は継続的に行っている最中であり、学会発表・論文発表には至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
H, Heの高エネルギーイオン照射によりβ-Ga2O3(001)ホモエピタキシャル基板に導入されるO空孔・Ga空孔関連の欠陥準位についてポストアニール挙動を系統的に詳細に評価し、実験データを整理した上で、固有欠陥準位の生成・アニール挙動を検討し学会発表・論文発表していく予定である。また、同様に欠陥準位のクラスター化が発生しにくい電子線照射実験を行い、電子線照射により導入される欠陥準位についても定量的な評価・検討を進める予定である。
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