2017 Fiscal Year Research-status Report
ミストCVD法によるε-酸化ガリウムヘテロ接合デバイスに関する研究
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17K17839
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西中 浩之 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (70754399)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 酸化ガリウム / ミストCVD / ヘテロ接合デバイス / 強誘電体 / 混晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化ガリウムは従来のワイドバンドギャップと呼ばれる窒化ガリウムなどを上回るバンドギャップを有する半導体である。その酸化ガリウムの結晶多形の一つであるε-酸化ガリウムは、他の結晶多形が有していない、自発分極や強誘電体特性を有しており、その物性を利用したユニークなデバイスが期待されている。本研究では、このε-酸化ガリウムの自発分極を利用したヘテロ接合デバイスを作製して、窒化ガリウム等の従来のパワーデバイスを超える省エネデバイスを実現することを目的としている。
その実現に向け、下記の研究を進めた。
1.ε-酸化ガリウムの基礎物性の解明： ε-酸化ガリウムの基礎物性の解明として、ミストCVD法で形成したε-酸化ガリウムの強誘電体特性や発光特性などを行った。従来は低周波でしか報告されていなかった強誘電体特性をより高周波条件でその強誘電体特性を得ることができた。また、カソードルミネスセンスによる評価により、その発光特性を初めて解明した。
2.ε-酸化ガリウムの結晶成長技術： ミストCVD法を用いて、種々の基板上でε-酸化ガリウムの結晶成長を行った。そのε-酸化ガリウムをXRDやTEMによる評価を行い、その結晶成長機構の解明を進めている。CVD原料の調整や成長条件の検討により、原子レベルで平坦な膜を得ることができている。
3.ε-酸化ガリウムの混晶技術： ヘテロ接合デバイスの実現にはε-酸化ガリウムの混晶化が必須であり、その混晶に関する検討を進めた。混晶材料にはAlとInを選定し、それぞれの混晶化に初めて成功した。これらの混晶によりバンドギャップを4.5～5.9 eVまで変調することができた。
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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
当初の計画では平成29年度は、ε-酸化ガリウムの基礎物性の解明と結晶成長技術の確立を目標としていたが、比較的良好に進捗しており、平成30年度に検討する予定であった混晶の検討まで進むことができた。
ただ、基礎物性の解明として予定していた結晶成長面の評価についてに遅れが出ている。これは従来ε-酸化ガリウムは六方晶と言われていたが、TEMやXRDの評価により直方晶であることが判明し、それらの評価を優先してたためである。しかしながら、予定していなかった発光特性や強誘電体特性を明らかにするなど、新たな基礎物性の解明も進んでいる。
結晶成長技術については、目標としていた原子レベルで平坦な表面を得ることに成功しており、順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は次の2点について研究を推進する。
1.混晶の詳細な物性解明と結晶成長技術の深化
形成に成功した混晶のより詳細な物性解明や結晶成長技術の検討を行う。また、ε-酸化ガリウム上にコヒーレント成長した混晶の形成を行い、そのヘテロ接合デバイスに向けた結晶成長技術の確立を目指す。コヒーレント成長には、混晶材料の混入量による格子不整合度が重要である。組成による格子定数などのパラメータを解明していく。
2.ヘテロ接合デバイスの形成とその解析
コヒーレント成長させたヘテロ接合について、ヘテロ接合デバイスを形成してその解析を行う。形成したヘテロ接合について、C-V測定などを行い、その2次元電子ガスの誘起について評価する。
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