2017 Fiscal Year Annual Research Report
Carrier doping in ScN films with high electron mobility
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15K04684
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
大垣 武 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点 電気・電子機能分野 電子セラミックスグループ, 主任研究員 (80408731)
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| Project Period (FY) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒化スカンジウム / 薄膜 / 分子線エピタキシー / 電気特性 / 結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、高い電子移動度が期待される窒化スカンジウム（ScN）の新しい窒化物半導体材料としての可能性を検討することを目的としている。そのために、分子線エピタキシー（MBE）法によるScN薄膜の合成、合成後のプラズマ照射処理を実施し、その結晶性の向上、キャリア濃度・電子移動度の制御を試みた。
MBE法による薄膜合成に関しては、酸化マグネシウム単結晶、サファイア単結晶を用いた半導体品質の薄膜合成を試み、サファイア単結晶基板のr面を用いることで、従来の報告を超える高い電子移動度を有する高品質薄膜の合成に成功した。また、その過程において、岩塩型結晶構造とコランダム型結晶構造のヘテロ成長様式の詳細を明らかにした。さらに、合成条件と結晶性・電気特性の関係から、高結晶性ScNの合成条件、非化学量論的組成の制御によるキャリア濃度の制御に成功した。
プラズマ照射処理に関しては、既設装置に加熱機構を導入し、薄膜合成温度よりも高温下での加熱処理、窒素プラズマ・水素プラズマ照射処理を可能とする装置構成に改良を行った。また、長時間、安定した窒素・水素プラズマを維持できる生成条件を見出した。この装置を用いて、MBE法で合成したScN薄膜の窒素プラズマ処理を実施し、合成後の窒素プラズマ処理により、ScNの大きな非化学量論的組成に起因するキャリア濃度の制御が可能であることを明らかにした。また、水素プラズマ処理により、ScN中の水素がドナーとして機能することも明らかにした。
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