2019 Fiscal Year Research-status Report
新規Ga2O3半導体の価電子帯エネルギー位置制御とP型導電性の創出
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19K15456
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
赤岩 和明 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (90778010)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化ガリウム / 半導体工学 / 結晶工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は新規ワイドギャップ半導体として注目される酸化ガリウムを同じIII-VI族半導体に属する硫化ガリウムとの混晶化した酸化硫化ガリウム混晶半導体とする事で、酸化ガリウムの価電子帯エネルギー位置を浅いエネルギー位置へと制御し、浅いアクセプタ準位の形成を経てP型導電制御を実現する事を目的とする。
昨年度は酸化硫化ガリウムの結晶成長技術の確立を目指し、結晶成長方法として真空装置を用いず酸化物および硫化物の結晶成長が可能なミストCVD法を用い酸化硫化ガリウムの単結晶成長に取り組んだ。 酸化硫化ガリウムの結晶成長において酸素、硫黄、ガリウムの各元素の供給量および供給比率が単結晶成長において最重要な制御パラメータになるとの考えから、酸素源および硫黄源に水溶媒およびチオ尿素を選び、これらの供給量と比率に対する酸化硫化ガリウムの混晶比と結晶性への影響について調べた。 酸素源と硫黄源の供給比率を適切に選ぶ事で酸化硫化ガリウムの混晶比を最大で10%程度まで制御する事ができた。 一方で得られた酸化硫化ガリウムの薄膜は全て非晶質であり、単結晶の酸化硫化ガリウムの作製には至らなかった。 これは酸素と硫黄の原子半径が大きく異なっているため、酸化ガリウムへの硫黄原子の固溶度が著しく低い事が原因であると考えられる。 そのため、単結晶の酸化硫化ガリウムの作製には、結晶成長温度を下げるなどより非平衡な条件下で結晶成長を行うことが肝要であると考えられる。
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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
本研究は(1)酸化硫化ガリウム混晶薄膜の作製技術の確立、(2)酸化硫化ガリウム混晶へのP型ドーピング、(3)酸化硫化ガリウムを用いたPN接合の実現、の全体で3つのステージを計画しており、昨年度は(1)の研究ステージにおいて酸化硫化ガリウムの混晶比制御までを達成し、(1)の研究ステージにおいては酸化硫化ガリウム混晶薄膜の単結晶成長技術の確立を目指すのみとなった。 本研究計画において(1)の酸化硫化ガリウムの作製技術確立は最も重要な課題であり、本パートの実現に2年前後の時間をかける予定であり、現状において概ね順調に研究は進展している。 本年度は昨年度達成できなかった酸化硫化ガリウムの単結晶成長の問題に取り組み、次年度以降において残りの研究計画の酸化硫化ガリウムのP型ドーピングとPN接合の実現に取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究ではミストCVD法による酸化硫化ガリウム混晶薄膜の作製に取り組み、最大で10%までの硫黄混晶比を得ることができた。 一方で得られた薄膜は全て非晶質であり、単結晶薄膜の作製が最大の課題である事が分かった。 本年度はこの課題を解決するため、昨年度まで進めてきた結晶成長条件の最適化を更に推し進める予定である。 昨年度は酸化硫化ガリウムの混晶比率の制御のため、酸素源と硫黄源の供給量および供給比率に焦点を絞って成長条件の最適化を進めた。 一方で酸素および硫黄の供給量に対するガリウムの供給比率(VI/III供給比)や結晶成長温度などの制御パラメータも重要であり、本年度はこれらの制御パラメータと酸化硫化ガリウムの結晶性や混晶比の影響について調べる。 特に昨年度の研究において課題となった酸化硫化ガリウムの単結晶化に対しては、非平衡条件下での結晶成長が有効であり、昨年度まで試みてきた酸化ガリウムの最適成長温度である550oC近傍での成長から、より低温での結晶成長を試みる。
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