2019 Fiscal Year Annual Research Report
分極制御型超ワイドバンドギャップ半導体デバイスの開拓
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19H02170
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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, 准教授 (70754399)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蓮池 紀幸 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (40452370)
上田 修 明治大学, 研究・知財戦略機構, 客員教授 (50418076)
池永 訓昭 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (30512371)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化ガリウム / 混晶 / 単結晶 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、大きな分極を有し、さらに分極のスイッチが可能な強誘電体であるε-Ga2O3によるHEMTを作製して、GaNを超えるパワーデバイスを実現し、極限の省エネ社会への貢献を目的としている。その目的を達成するために、１．大きな分極による高濃度2DEGキャリア密度のHEMT、２．強誘電体によるスイッチ可能なノーマリーオフ型HEMT、３．ε-Ga2O3の基礎物性の解明の検討を進めている。
本年度は、そのHEMTの実現に向けた高品質結晶成長技術の確立に向けて、新しい基板の合成とその基板を用いたε-Ga2O3の結晶成長を行い、従来の課題であった回転ドメインのないε-Ga2O3と原子レベルで平坦な薄膜の合成に成功した。この結果はHEMTの実現に向け大きな進捗である。また、その基板と格子整合を目指して、In2O3との混晶の検討を行い、基板と格子整合するε-(InxGa1-x)2O3の形成にも成功した。今後はこれらの技術を組み合わせてHEMTの実現を目指す。
また、この高品質なε-Ga2O3の基礎物性の解明に向けて、TEMでの構造解析を行い、その欠陥評価を進めている。平面TEMの結果より、従来の基板を用いるとその回転ドメインの影響により、その薄膜は小さなドメインからなっていたが、新しい基板による回転ドメインの抑制により、その薄膜は単結晶の単一ドメインであることが確認された。今後はTEMの評価を詳細に進めていき、その結晶成長のメカニズムの調査を進めていく。
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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
最も困難であると想定していた回転ドメインの抑制技術に対して、新しい基板を利用することで、その回転ドメインの抑制に成功した。またその基板上での混晶化技術も構築しており、次年度にHEMTへ挑戦する素地が確立できている。また基礎物性評価についても、平面TEMなどの解析を行うことで、回転ドメインの抑制について明確な効果を実証しており、順調に進捗しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
確立した結晶成長技術を核に、ヘテロ接合を形成して、HEMT動作が可能か検証を行う。次年度は、まずヘテロ接合の形成技術の構築を行い、その結晶成長技術を詳細に評価する。また並行して、そのヘテロ接合界面に2次元電子ガスが存在するか検証を進める。特にε-Ga2O3の大きな分極による2次元電子ガス濃度の評価を行い、その分極のによるε-Ga2O3の優位性を調査する。またHEMTデバイス作製の検討を行い、その動作確認も進める。
さらに基礎物性評価についても検討を進める。TEMによる欠陥評価、ラマン分光による結晶評価、P-E測定やPFMによる強誘電性の評価を行い、このε-Ga2O3の魅力的な物性を明らかにしていく。
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