| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
16H06417
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
山口 智広 工学院大学, 先進工学部, 准教授 (50454517)
小西 敬太 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (50805257)
村上 尚 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)
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| 研究期間 (年度) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| キーワード | Ⅲ族セスキ酸化物半導体 / 安定相 / 準安定相 / 熱平衡 / 非熱平衡 / 格子引き込み / バンドエンジニアリング |
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| 研究実績の概要 |
ハライド気相成長(HVPE)法およびミスト化学気相堆積(Mist-CVD)法の2手法で、Ⅲ族セスキ酸化物半導体結晶の安定相・準安定相の成長制御を検討した。
酸化ガリウム(Ga2O3)では、低温の非熱平衡下では、原料分子種と基板格子引き込みの2つの効果で、準安定相成長を制御できるようになった。具体的には、c面サファイア基板上で、一塩化ガリウムまたはガリウムアセチルアセトナートを用いると準安定α相が、三塩化ガリウムを用いると準安定ε相が成長した。一方、非熱平衡下成長であっても、安定相β-Ga2O3基板上では安定相であるβ相成長が生じた。準安定α相は安定相β相よりも大きな約5.2 eVのバンドギャップを有し、ソーラブラインド光検出器に応用可能なことを確認した。
酸化インジウム（In2O3）では、c面サファイア基板上で、一塩化インジウムを原料とするHVPE法を試み、非熱平衡下成長でも準安定相は発現せず、安定相c相が成長することが分かった。a方向にオフした基板を用いたところ、c相In2O3が単結晶化し、光吸収端348 nmかつ低いn型キャリア密度と高いキャリア移動度を有する成長膜を得ることができた。今後、高耐圧ショットキーバリアダイオードの試作に供する予定である。一方、Mist-CVD法では、準安定α相In2O3成長が確認された。よって、インジウム原料分子種を変えることでHVPE法でも準安定相の成長が期待される。
Ⅲ族セスキ酸化物半導体混晶成長について、三塩化アルミニウムと三塩化ガリウムをⅢ族原料とするHVPE法を検討し、安定相β酸化ガリウム(-201)基板上で基板格子引き込みによりAl固相組成x=0.15までβ-(AlxGa1-x)2O3混晶成長を達成した。今後、バンドエンジニアリングができていることを確認する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
酸化ガリウム(Ga2O3)については、原料分子および基板格子の引き込みによる準安定(α，ε)相発現制御を達成し、物性解明を通して光検出器応用を成し遂げた。酸化インジウム（In2O3）については、ミスト化学気相堆積(Mist-CVD)法では準安定α相が得られたが、一塩化インジウムを用いるハライド気相成長法では安定相c相しか得られていない。しかし、今後、他の原料分子を用いることで準安定相の成長の可能性は残る。一方で、表面オフしたサファイア基板上でこれまでに報告例の無い良質のc相In2O3単結晶成長が実現し、今後のデバイス展開の道が拓けた。
予定通り、HVPE法によるⅢ族セスキ酸化物半導体混晶成長に着手し、安定相β-Ga2O3基板上でβ相の(AlxGa1-x)2O3混晶の成長を達成した。基板の格子引き込みでx=0.15までは均一なβ相混晶が得られ、今後のバンドギャップエンジニアリングの道を拓いた。
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| 今後の研究の推進方策 |
酸化インジウム(In2O3)のハライド気相成長(HVPE)法において、これまで用いてきた一塩化インジウム以外の分子種を原料とし、準安定相α-In2O3成長を達成する。この結果を既に達成している準安定α相酸化ガリウム(Ga2O3)成長技術と組み合わせ、準安定α相混晶(InxGa1-x)2O3成長によるバンドエンジニアリングを検討する。
安定相c相In2O3については、良質の単結晶が得られるようになったので、これを用いた電子デバイス作製を試み、Ⅲ族セスキ酸化物結晶を用いたデバイス応用のポテンシャルを調査する。
また、安定相β-Ga2O3よりもワイドギャップであることが期待される混晶β-(AlxGa1-x)2O3成長が可能となったことを受け、物性調査を経て、ヘテロ界面制御を用いたデバイス応用の検討を行う。
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