| 研究課題/領域番号 |
22K04947
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
後藤 健 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50572856)
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| 研究分担者 |
熊谷 義直 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 卓越教授 (20313306)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | ハライド気相成長法 / 酸化インジウム / 高移動度半導体 / ワイドバンドギャップ半導体 / バッファ層 / III族セスキ酸化物 / ハライド気相成長 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ワイドバンドギャップ半導体である立方晶系酸化インジウム（c-In2O3）は高い電子移動度を示す一方で、結晶中の欠陥密度が高いため材料固有の物性が明らかとなっていないのが現状である。本研究では単結晶薄膜成長初期基板にバッファ層やパターン加工を導入することにより結晶中の貫通転位密度を低減させる技術を確立し、c-In2O3固有の電気的物性を明らかにする。またトランジスタやショットキーダイオードなどのデバイスを作製し、c-In2O3が有するデバイス材料としてのポテンシャルを明確にする。
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| 研究実績の概要 |
新しい半導体材料を用いたデバイスの性能を予測するには、材料固有の物性値を求める必要がある。中でも電子移動度（μ）は、様々なデバイス性能指標に算出に用いられ、高い数値であることが望ましい。酸化インジウム（In2O3）は約3 eVのエネルギーギャップを有する半導体材料であるが、高い結晶性を有する高純度膜が得られておらず、正確なデバイス性能予測に資する材料固有のμが実験的に求められていない。ハライド気相成長（HVPE）法を用いてサファイア基板上に成長したIn2O3は、結晶中の転位密度が10^10 cm^-2と高いながらもμは約230 cm^2/Vsを示し、高いμを必要とする高速デバイスへの応用の可能性が示唆されたため、高い結晶性を有する高純度In2O3単結晶薄膜を取得し、材料固有のμを明らかにすることを本研究の目的とした。
まず、サファイア基板とHVPE法を用いて成長するIn2O3層の間に挿入する中間バッファ層のスズ添加In2O3（ITO）のスパッタ成膜条件がIn2O3成長層の結晶品質に与える影響を調査し、400℃で30 nm堆積したITO膜を用いることで結晶方位のバラつき（ツイスト角）が抑制できることを見出した。続いて成長層のμを評価するためにホール効果測定を行ったが、電気的にITO膜の影響を排除することが困難であったため、電界効果トランジスタやダブルショットキーバリアダイオードを作製し、デバイス特性からμを評価することとした。しかし、プロセス難易度が高くμの評価には不備が生じた。なお、成長層の転位密度評価には試料破壊を伴う透過型電子顕微鏡（TEM）観察が必要なため、デバイス作製を優先している。
ITOを中間バッファ層とすることで結晶性向上は確認できたが、電気的にμを評価することは困難であり、ITOの影響が排除可能な（例えば光学的な）μの評価方法が必要であることが分かった。
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