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Development of power device with rock salt structure wide bandgap semiconductor grown by mist CVD method

Research Project

Project/Area Number 20K04580
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Ikenoue Takumi  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (00633538)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三宅 正男  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (60361648)
平藤 哲司  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (70208833)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords酸化物半導体 / 岩塩構造 / ミストCVD法 / 岩塩構造ワイドギャップ酸化物 / NiMgO / ZnMgO / ワイドバンドギャップ半導体 / パワーデバイス
Outline of Research at the Start

SiC(Eg:3.3eV)やGaN(Eg:3.4eV)では実現できない性能のデバイス作製を見据えて、より大きなバンドギャップを有する酸化物半導体によるデバイスを実現する。酸化物半導体で課題となるp型伝導性をこれまでに実現してきた NiO(Eg:3.7eV)についてMgO(Eg:7.8eV)との混晶でバンドギャップの拡大を図る。n型材料としても格子整合する岩塩構造のMgZnOで実現する。また、成膜プロセスとして高品質な酸化物の成長と低環境負荷・高生産性を両立できるミストCVD法を用いて、単結晶薄膜の成長技術を確立する。最終的には数kV~数十kVの耐圧を有するデバイスを実現する。

Outline of Final Research Achievements

We have achieved the following three points for NiO-MgO-ZnO ternary oxide semiconductors with rock salt structure. 1) The relationship between the composition and the lattice constant of NiO-MgO-ZnO was clarified. As a result, it was found that the NiO-MgO-ZnO films were lattice-matched with the MgO substrate when the Ni:Zn ratio was approximately 2:1. 2) lattice-matched NiO-MgO-ZnO thin films were grown on MgO substrates via mist CVD which is an environmental friendly method. In addition, regardless of the Mg composition, single phase rock salt structure NiO-MgO-ZnO films was formed on the MgO substrate over the entire composition range. 3) Various properties of lattice-matched NiO-MgO-ZnO thin films were evaluated, and doping was attempted.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

SiやGaAsに代表される半導体技術は、材料のバンドギャップを大きくすることで、高耐圧、低損失、短波長化などの性能を向上させている。なかでも、GaN-InNは優れた特性を有し、最も期待される材料の1つであるが、バンドギャップの拡大に従って、格子定数が大きく変化してしまう。そこで、広範なバンドギャップの制御を行っても格子定数の変化しないNiO-MgO-ZnO系を提案する。この材料系は、環境負荷の小さな手法で成膜できることやNiO-MgO系でp型伝導性が実現されていることも魅力である。すなわち、性能の向上と環境に優しい半導体技術の期待できる研究課題である。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Int'l Joint Research] Cornell University(米国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Epitaxial Growth and Bandgap Control of Ni1?xMgxO Thin Film Grown by Mist Chemical Vapor Deposition Method2020

    • Author(s)
      Ikenoue Takumi、Yoneya Satoshi、Miyake Masao、Hirato Tetsuji
    • Journal Title

      MRS Advances

      Volume: 5 Issue: 31-32 Pages: 1705-1712

    • DOI

      10.1557/adv.2020.219

    • NAID

      120006867139

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The relationship between the composition and lattice constant of MgO-NiO-ZnO semiconductors2022

    • Author(s)
      Shintaro Iida, Takumi Ikenoue, Masao Miyake, and Tetsuji Hirato
    • Organizer
      41st Electronic Materials Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] MgO 基板と格子整合する MgO-NiO-ZnO 混晶半導体2022

    • Author(s)
      飯田真太郎, 池之上卓己, 三宅正男, 平藤哲司
    • Organizer
      第 83 回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ミストCVD法を用いた NiO 成長における成長温度の影響2022

    • Author(s)
      上野 暢路、池之上 卓己、三宅 正男、平藤 哲司
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ミスト CVD 法による高 Mg 組成 Ni1-xMgxO 薄膜のエピタキシャル成長2021

    • Author(s)
      孫 芸華, 池之上 卓己, 三宅 正男, 平藤 哲司
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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