2013 Fiscal Year Research-status Report
酸化ガリウムを利用したフレキシブル薄膜トランジスタの形成
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25820149
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | National Institute of Technology, Kumamoto College |
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Principal Investigator |
高倉 健一郎 熊本高等専門学校, 情報通信エレクトロニクス工学科, 准教授 (70353349)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 酸化物半導体 / 透明導電膜 / 酸化ガリウム / フレキシブルデバイス |
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| Research Abstract |
スパッタ法は，金属から絶縁性物質まで，様々な固体原料を組成ずれの少ない状態で製膜することができる方法であり，また，大面積化が容易で，現在の半導体デバイス製造プロセスにもマッチングする．これまでに，Ga2O3ターゲットを利用し，RFマグネトロンスパッタ法により無添加酸化ガリウム膜の形成を実現し，結晶構造や光学特性の詳細を検討しており．酸化ガリウム膜の形成について多くの知見を得ている．そこで，アモルファス酸化ガリウム薄膜をスパッタ法により作製を試みた．このとき，薄膜の結晶構造ならびに元素組成を，現有のX線回折装置，紫外分光光度計およびEDX装置にて評価した．
さらに，現有のスパッタ装置は，三種類のターゲットを独立して同時に蒸着することが可能であり，酸化ガリウムと他の元素を同時に蒸着することができる．このことは，酸化ガリウム中への不純物添加を可能にするものと考えられ，不純物添加量の制御が可能となる．さらには，ドナーおよびアクセプタとなる不純物と酸化ガリウムターゲットが同時にスパッタ装置に設置することが可能であり，真空中での一貫したプロセスにより，酸化ガリウムのpnホモ接合実現も期待される．このためには，先ず，無添加酸化ガリウム膜中に不純物を添加し，膜の伝導型制御を実現する必要がある．不純物源として，シリコンを選択した．これら不純物の添加法として，酸化ガリウムターゲットと金属をスパッタ法により同時蒸着する．不純物の添加量は，不純物源の蒸着速度を独立して制御することで調整した．蒸着した膜の結晶性は，現有のX線回折装置，紫外分光光度計を利用して行なった．
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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
酸化ガリウム膜の作製方法について元素組成及び結晶構造の観点から、成膜条件を詳細に検討した。EDX装置により膜の組成比を評価したところ、スパッタ中に酸素ガスを導入することによってGa2O3ターゲットを用いて化学量論組成比を保ったGa2O3膜が形成できることができた。さらに、Ｘ線回折法を利用して膜の結晶構造を評価したところ、基板の種類とは関係なく、Ga2O3膜厚が厚くなると膜の配向性が向上することが分かった。このことから、Ga2O3の結晶成長方向に選択性があることが明らかになった。これらの成果は国際会議にて報告した。
また、不純物としてシリコンの添加を原料の同時スパッタにより試みた。作製後の膜中にシリコンが導入されていることを確認することができたが、シリコン添加による導電率の顕著な向上を確認することはできていない。今後、熱処理方法や添加量の制御により導電率向上を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）酸化ガリウムの伝導型制御 不純物の導入量は，EDX装置にて確認する．キャリア密度の制御は，スパッタ源の種類および堆積速度と堆積時の基板温度をパラメータとして，酸化ガリウム膜中への不純物取り込み量を定量的に決定する．このとき，製膜した酸化ガリウムの結晶構造はX線回折装置および紫外分光光度計にて評価し，キャリア密度はホール効果測定にて決定する．
（2）酸化ガリウムを用いたトランジスタの形成 伝導型制御が可能となった場合，酸化ガリウムによるpn接合を実現する．スパッタによる堆積時に，同時堆積する不純物種を変更しすることで，真空中の一環プロセスで実現する．形成したpn接合は，電気特性（DLTS法，電流／電圧法，容量／電圧法など）を評価する．その後，接合型トランジスタの製作を試みる．
酸化ガリウムはp型伝導を実現することが難しいと考えられている．アクセプタ方不純物添加を試みるが，これが難しかった場合，n型伝導を示す酸化ガリウムを利用して金属とのショットキー接合を形成することにより，MES型トランジスタの製作を試みる．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究開始当初、製作した試料の評価装置として、紫外分光光度計の導入を計画し、予算計上ていたが、評価手法を工夫することで既存設備での評価が可能であることが分かり、使用計画を変更したため。
本年度は、引き続き研究試料製作及び評価を継続することにしており、双方で必要な物品並びに消耗品の購入を予定している。具体的に、試料製作用基板や原料、評価装置（分光光度計：既存装置）の光軸調整（アライメント）などに充当する計画である。
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