| 研究実績の概要 |
「単結晶」酸化物半導体の薄膜および多層構造により、デバイス応用につながる新しい光・電子・磁気融合機能を創成することを目的とした。豊富な資源に支えられた元素を用い、成長には、安全な原料が利用できる「ミストCVD法」を用いることにより、成長から廃棄までのプロセスで安全・安心・省エネルギーを達成し、地球環境に優しい半導体技術として寄与することを目指した。平成27年度には、残留不純物をいっそう低減させ、混晶の制御とヘテロ界面の物性に関する研究を行った。またデバイス応用により機能を実証することを目指した。得られた成果の概要は以下のとおりである。
(i) alpha-Ga2O3薄膜の移動度が粒界散乱で制限されていることを見出し、バッファ層の最適化により欠陥を減少させ、ドナドーピングを10{17} cm-3台で制御可能となった。移動度も数倍以上に向上した。この結果、MESFETの電流変調に成功して高耐圧デバイスへの見通しを得た。他方、alpha-In2O3薄膜において10{17} cm-3台のキャリア密度を達成し、閾値電圧－3.5V、オンオフ比10{7}のMOSFETを実証した。
(ii) alpha-Ga2O3 上における(Al,Ga)2O3混晶の組成制御とコヒーレント成長の程度について調べ、従来の臨界膜厚の解析法を利用可能なことを見出した。また、価電子帯不連続の小さいタイプI型のヘテロ構造を持つことを明らかにした。Al2O3/Ga2O3 MOSFETを試作して、ゲート電圧によるドレイン電流の変調に成功した。
(iii) 電子・磁気機能の融合を目指し、alpha-(Ga,Fe)2O3およびalpha-(In,Fe)2O3薄膜を成長し、室温以上の温度で強磁性を実現し、ドナドーピングにより電子伝導をあわせもつことを実証してスピントロニクスデバイスへの応用を志向する結果を得た。
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