2016 Fiscal Year Annual Research Report
化学反応制御による非真空プロセスでの高品質薄膜作製とその特性制御
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15J07829
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
内田 貴之 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | ミスト化学気相成長法 / 非真空プロセス / 酸化ガリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気開放系ミスト化学気相成長(CVD)法の酸化還元反応制御による薄膜特性のコントロールを目的に研究を行った。目的達成に向けて、ミストCVD法によりパワーデバイス応用が期待されるコランダム構造酸化ガリウム(α-Ga2O3)のSiドーピングによる導電性制御に関する研究を行った。パワーデバイスは電力効率化に向けて研究が活発に行われており、現在用いられるSiデバイスよりも更なる高耐圧・低損失に向けて、ワイドバンドギャップ半導体デバイスの研究が注目されている。この注目されるワイドバンドギャップ半導体の一つにα-Ga2O3がある。α-Ga2O3はミストCVD法によるサファイア基板上に高品質な薄膜が成長可能であるものの、導電性制御において課題があった。そのため、ミストCVD法によるα-Ga2O3の高い導電性制御の達成は、α-Ga2O3パワーデバイスの実用化に向けてインパクトがある。
α-Ga2O3の導電性実現には4価のカチオンをとる材料を適切にドーピングする必要があり、その主な材料はSn、Siである。SiはSnよりもドーピングが可能となれば良好な電気特性を実現することが期待できる。しかし、Siドーピングは、溶液法において最適な原料とその条件が発見されておらず、これまでに導電性を有するSiドープ α-Ga2O3は作製されていない。そこで、溶液原料雰囲気制御に着目しSiドープα-Ga2O3の作製を試みた。作製した薄膜は良好な電気特性を示すことができた。
また、酸化還元反応制御という考え方をMgZnO、SnO2薄膜の構造・物性制御に応用する試みを進めた。その結果、バンドギャップが6 eV以上のMgZnO薄膜からバンド端近傍のカソードルミネセンスを得た、耐食性・導電性の優れたSnO2薄膜を実証した、などこの考え方を活かして高品質の薄膜作製に寄与した。
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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
大気開放系ミストCVD法の酸化還元反応制御による薄膜特性のコントロールを目的に研究を行っている。目的達成に向けて、ミストCVD法によりパワーデバイス応用が期待されるコランダム構造酸化ガリウム(α-Ga2O3)のSiドーピングによる導電性制御に関する研究を行った。α-Ga2O3はこれまでにミストCVD法を用いて高品質薄膜作製に成功しており、導電性制御に関してはSnをドーピングすることで研究が進められている。更なる高移動度、キャリア密度制御にはSiをドーピングの必要があった。しかし、ミストCVD法に適切な原料溶液がなかった。本問題解決に向け原料探索と溶液中の酸性雰囲気を調整し、その結果として適切な原料溶液見出すことができた。本条件の下、作製した薄膜は良好な電気特性を示しデバイス化への応用が期待される結果を示した。本結果から、ミストCVD法において溶液中の雰囲気制御が新たな薄膜作製の糸口となることが確認できた。本結果より「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実現できた、導電性を有するSiドープα-Ga2O3薄膜はキャリア密度が10^18- 10^19 cm^-3であり、最大移動度が31.5 cm^2/ (V・s)である。デバイス応用に向けてα-Ga2O3薄膜のキャリア密度を10^17 cm^-3、移動度100 cm^2/ (V・s)の実現を目標として薄膜作製を行う。現状の薄膜は結晶性が悪いことから結晶性向上により上記の目標達成を目指す。また、デバイス化へとつなげることを計画している。
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