| 研究課題/領域番号 |
17K05045
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| 研究機関 | 一関工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
藤田 実樹 一関工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60386729)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 酸化ガリウム / ドーピング / スズ / スパッタリング |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、格子不整合のため、デバイスへの応用が困難な異種ヘテロ接合を利用した新しいデバイスを作製することを目的としている。特にZnO/Ga2O3ヘテロ構造に着目し、簡易的に作製する手段としてスパッタリング法を用いて紫外線検出器の作製を目指し研究を進めている。
紫外線検出器に利用するZnO/Ga2O3構造を作製するためには、欠陥がなく残留キャリア濃度の少ない高抵抗のZnOと、n型ドーピングを行い電子濃度を制御し低抵抗化したGa2O3の二種類の材料を用いて作製する必要がある。
平成29年度は、Ga2O3にSnをドーピングすることで、Ga2O3の電子濃度制御を可能とし、低抵抗のGa2O3を得ることを目標に研究を実施した。スパッタリングターゲットとして、Snが1％、10％（原子組成比）混入したGa2O3ターゲットと比較のためにSnの混入のないアンドープGa2O3ターゲットを用いた。Arガスをプラズマ化してスパッタガスとし、サファイア基板上にGa2O3を1um堆積した。いずれのターゲットを用いて作製したサンプルも可視域を含む広い範囲で80％以上の透過率が得られた。室温で堆積したサンプルは、X線回折測定ではピークが現れずアモルファスになったが、堆積温度を高くすると、Ga2O3はβ相に結晶化が進むことが分かった。特にこの傾向は、Snを混入したターゲットで作製したサンプルで顕著となった。吸収透過測定からバンドギャップエネルギーを算出したところ、アンドープターゲットで作製したサンプルでは、Ga2O3のバンドギャップである4.9eVとなったが、Snを混入したターゲットで作製したサンプルでは、バンドギャップが低下した。また、Snを混入したターゲットで作製したサンプルでは、いずれも抵抗値は下がらず、アンドープターゲットで作製したサンプルと同じく高抵抗になり、ドーピングの効果は見られなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
紫外線検出器に利用するZnO/Ga2O3構造を作製するためには、欠陥がなく、残留キャリア濃度の少ない高抵抗のZnOと、n型ドーピングを行い、電子濃度を制御し低抵抗化したGa2O3の二種類の材料を用いて作製する必要がある。
当初の計画では、平成29年度において、高抵抗のZnOと低抵抗のGa2O3の作製を完了し、平成30年度では、これらのヘテロ接合を作製し、ヘテロ接合の欠陥密度などの状態に関して研究する予定であった。
ところが、Ga2O3の低抵抗化は、予想以上に困難を極め、なかなか出口が見えない状態にあり、研究が予定通り進んでいない。このGa2O3の低抵抗化という課題に加えて、ZnOの高抵抗化という課題も残されているため、遅れていると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
紫外線検出器に利用するZnO/Ga2O3構造を作製するためには、欠陥がなく残留キャリア濃度の少ない高抵抗のZnOと、n型ドーピングを行い電子濃度を制御し低抵抗化したGa2O3の二種類の材料を用いて作製する必要がある。
当初の計画では、平成29年度において、高抵抗のZnOと低抵抗のGa2O3の作製を完了し、平成30年度では、これらのヘテロ接合の作製に取り組む予定であった。ところが、Ga2O3の低抵抗化は、予想以上に難しく、予定通り進んでいない。従って、平成30年度も引き続き、Ga2O3の低抵抗化を目指して、研究を進める。
分子線エピタキシー法などの他の方法で作製したGa2O3では、SnやSiをn型ドーパントとして用いることで、電子濃度の制御が可能となることが報告されている。これまでの実験では、Snではn型化できなかったが、この原因として、Ga2O3にSnを混入してターゲットを作製する際、焼結過程においてSnは酸化スズとなって導入されるため、スパッタリングしたサンプルの中にも酸化スズの状態で導入されてしまい、そのことがGa2O3のバンドギャップの低下を招き（SnO2、SnOのバンドギャップは3～4eV程度）、Ga2O3の高抵抗の原因になっていると考えられる。この状況を避けるため、まず、n型ドーパントをSiに変更する。SiはSnよりも酸化しにくいため、SiのままGa2O3ターゲットに混入できると考えられ、これを用いてGa2O3の作製を試みる。この方法でうまく行かなかった場合は、SnやSiといったn型ドーパントのターゲットを単体で作製しておき、アンドープのGa2O3ターゲットをスパッタリングしながら、SnやSiのターゲットを別のセルからスパッタリングし、同時に供給することで、SnやSiの酸化を極力防ぎつつ、Ga2O3の中にSnやSiを混入する試みを行うことを考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画通りに研究が進まず、消耗品費の支出が計画より少なかったこと、成果が思うように出なかったため、学会発表を行うことができなかったことにより旅費を必要としなかったことにより、計画より支出が少なかったため、当該助成金の余りが生じた。
現有のスパッタリング装置は購入してから20年以上たっており、突然大きな故障修理が必要になることもありうると考えられる。今年度に繰り越した助成金はそのための装置維持費として使用する。また、当初計画した助成金と合わせて、消耗品費、特にスパッタリング材料費や基板購入費や、学会発表のための旅費などに使用する。
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