2017 Fiscal Year Research-status Report
光・パワーデバイス応用に向けたε型酸化ガリウムのハライド気相成長
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17K05047
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
大島 祐一 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, 主任研究員 (70623528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Garcia Villora 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, 主任研究員 (90421411)
島村 清史 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研, グループリーダー (90271965)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化物半導体 / ワイドギャップ半導体 / パワー半導体 / パワーデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) ε-Ga2O3の熱的安定性の検討
本研究のターゲットであるε-Ga2O3は準安定相であるため、その熱的な耐久性を把握することは本材料を実用化するうえで重要である。これまで、我々はGaN上のε-Ga2O3エピ膜で高温XRD測定を行い、概ね700°Cまでは安定であることを明らかにしている。しかし、このような安定性は結晶の歪や欠陥の状況で変化する可能性がある。そこで、GaN以外にもAlNやβ-Ga2O3基板上に製膜したε-Ga2O3についても同様に熱的な安定性を調査した。その結果、いずれの場合もやはりβ-Ga2O3への転位は概ね700°Cで起こり、GaN上のエピ膜と大きな差はないことを明らかにした。
(2) ε-Ga2O3の選択成長
ε-Ga2O3は準安定相でありβ-Ga2O3の場合のように融液成長によるホモエピ基板が利用できないため、結晶成長はヘテロエピ成長に依らざるをえない。そのために用いるGaN、AlN等の基板は格子不整合が大きいため、ε-Ga2O3エピ膜は転位等の欠陥密度が非常に大きくなる。これらの欠陥はキャリアの輸送を阻害するため、ドーピング等の検討に先立って結晶性の改善を行うことが望ましい。そこで、我々はGaN等の結晶性改善で実績のある選択横方向成長(Epitaxial Lateral Overgrowth, ELO)の適用を試みた。AlN/sapphireテンプレート上にSiO2で三角格子状に円形開口が配列するドットパターンマスクを形成し、その上にHVPEでε-Ga2O3の成長を試みた。その結果、開口部から選択的に結晶成長を開始できることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初はε-Ga2O3のn型ドーピングを試みる予定であったが、同様にGa2O3の準安定相であり欠陥密度の大きいα-Ga2O3では電気特性が欠陥にかなり影響されていることが別の研究により示唆されたため、平成30年度から実施する計画であったELOでε-Ga2O3の高品質化を行う検討を前倒しで開始することとした。しかし、基板構造が複雑でありフォトリソグラフィの条件出しに予想よりも多くの時間を要したことと、おそらく低温成長であるというε-Ga2O3の特殊性に起因して、選択成長が成功するためのマスク形成プロセスの工夫に多くの時間を割く必要があっため、連続膜の形成や透過電子顕微鏡による欠陥低減効果の確認までは到達せず、選択成長が可能であることを実証するのにとどまった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、前年度のELOの検討をさらに推し進める。平成29年度の研究では、ELOが原理的に可能なことを示したものの、アイランド同士の会合や連続膜化には至っていない。また、イレギュラーなグレイン成長も多くみられる。このようなグレインは成長開始界面で発生していることがわかっており、結晶開始前の昇温段階で下地基板表面に何らかの変化が生じているためである可能性がある。そこで、まずは成長開始条件を検討し、そのようなグレインの抑制条件を明らかにする。その上で透過電子顕微鏡による欠陥低減効果の確認や、長時間の成長を行い、高品質な連続膜の実現を目指す。
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