2020 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物半導体の新展開；ナローギャップウルツ鉱型酸化物の物質科学とデバイス化技術
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17H01315
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小俣 孝久 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80267640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 一誓 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60821717)
佃 諭志 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (00451633)
喜多 正雄 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00413758)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / セラミックス / 先端機能デバイス / 光物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，デバイス化する上で必須となるβ-CuGaO2の良質薄膜を作製するために，その前駆体となるβ-NaGaO2薄膜の作製，β-CuGaO2/ZnOのバンドアラインメントの解明に取り組み，以下の実績を上げた。
ミストCVD法によるβ-NaGaO2薄膜の作製では，熱流体シミュレーションの手法を用い薄膜堆積部での流速と温度分布をシミュレーションし，その知見を活かして再現性高く薄膜を堆積する装置を新たに開発した。この装置を使用してβ-NaGaO2の水溶液を原料溶液とすることで，平均組成がNa:Ga=1:0.91である平坦で均質な組織を有する薄膜の堆積に成功した。
PLD法によるβ-NaGaO2薄膜の作製では，基板温度，酸素圧力，基板の種類のなどを調整しても，堆積物がNa:Ga～1:1の相とNaが不足した相の2相に相分離し，ターゲット組成の転写性が高いと言われているPLD法でも，Na2OなどNa成分の高い蒸気圧は化学量論組成の達成は困難と思われた。PLD後のターゲットの表面組成が初期の状態と同一であることから，ターゲット中の全成分がアブレーションされており，堆積物の組成がNa不足となるのは，Na成分を基板上に捕獲できていないためであることを見出した。これを踏まえ，ターゲットと基板の距離を近づけることで，化学量論組成でかつ組織も均質なβ-NaGaO2薄膜の堆積に成功した。
β-CuGaO2とAl-doped ZnO の価電子帯頂上のオフセットは 2.6 eVであることを明らかとした。この値は，既に報告されている第一原理計算から決定したオフセット(2.8 eV)とほぼ一致した。界面はType IIであり，光励起された電子はZnOへ，正孔はβ-CuGaO2へと流れ，電子と正孔は分離されるため，太陽電池に応用可能なp/n接合であることが明らかとなった。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(4 results)
