2023 Fiscal Year Annual Research Report
Control of optoelectronic properties of non-stoichiometric compounds ScN by impurity doping
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20K05335
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
大垣 武 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主任研究員 (80408731)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 窒化スカンジウム / ドーピング / 光・電子特性 / 非化学量論的化合物 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高い電子移動度を有するScNの半導体素子応用の可能性を検討するとともに、大きな非化学量論的組成をもつ化合物へのドーピングや、岩塩型結晶構造の機能性材料としての可能性についての知見を得ることも目的としている。そのため、高品質なScN薄膜、ドナー、アクセプタの添加によるキャリア濃度を制御したScN薄膜、および、Scと同じ+3価をとる元素の固溶によるバンドギャップを制御したScN薄膜をMBE法により合成し、それらの光・電気特性を評価した。
昨年度までに得られた高品質単結晶薄膜の合成プロセスをさらに進展させ、最適な結晶成長用基板の探索、非化学量論的組成の制御により、これまでに報告されている値よりも高い電子移動度を有する高品質ScN薄膜の合成に成功した。さらに、MBE法により合成したScN薄膜の非化学量論的組成の制御を目的として、本課題で作製したプラズマ照射装置を用いたNプラズマ照射下での高温熱処理を試み、非化学量論的組成の変化に起因すると考えられる電気特性の制御に成功した。
ドーピングによるキャリア制御に関しては、ドナーとしてプラズマ照射装置を用いてHドーピングを試みた。また、アクセプタとしてはMgをドーピングしたScN薄膜のMBE成長を試みた。バンドギャップ制御に関しては、Scと同じ+3価であるAl、Ga、Inの固溶、積層化について、MBE法を用いた検討を行なった。これらの薄膜の光・電気特性を評価した結果、p型ScN薄膜は得られなかったが、電子濃度の制御、バンドギャップの制御が可能であることが明らかになった。
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