2019 Fiscal Year Annual Research Report
Halide vapor phase epitaxy of epsilon-Ga2O3 for optical and power device applications
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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, 主幹研究員 (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, 機能性材料研究拠点, 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 |
ε-Ga2O3のデバイス応用に向けて必須の基礎特性 (耐熱温度や結晶構造等) に関する知見を蓄積するのと同時に、高速・高品質成膜の指針を確立し、デバイス応用への道を拓くことを目的とした。とくに、格子不整合に起因する高密度の結晶欠陥の低減 (結晶性の改善) に注力した。
(1) 熱的安定性の検討： c面AlNや(-201) β-Ga2O3基板上に製膜したε-Ga2O3エピ膜について高温X線回折 (XRD) 測定を行い、いずれの基板上でもβ-Ga2O3への転移は概ね700°Cで起こり、既に報告されているGaN上エピ膜の場合と有意な差がないことを明らかにした。
(2) 結晶構造の検討： ε-Ga2O3の結晶構造は直方晶とする報告が優勢だが、六方晶の可能性が本当に無いのか慎重な議論が必要である。我々はc面AlNおよび (-201)面β-Ga2O3上にε-Ga2O3を成長させ、TEM、電子線回折、およびskew-symmetric配置のXRD φスキャンによって構造解析を行った。その結果、我々の試料もまた直方晶相を含むことがわかった。ただし、膜中に六方晶相が存在しないことを証明できたわけではなく、今後も注意深い検討が必要である。
(3) 結晶性改善の検討： 安価で入手しやすい基板上でのε-Ga2O3のエピ成長のためにc面サファイア基板上で種々のバッファ層を検討し、TiOx層にHVPE成長でき、X線ロッキングカーブ (XRC)が高品質AlNテンプレート上と同様に狭いことを見出した。また、ε-Ga2O3平坦膜の結晶性が、成長温度が高いほど、また、膜厚が大きいほど結晶性が改善することを明らかにした。さらに、SiO2マスクによる選択成長を実施し、ε-Ga2O3アイランドの形成およびそれらを会合させた平坦膜を得ることに成功した。XRC-FWHMが平坦成長の場合より大幅に狭いことも確認した。
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