| 研究課題/領域番号 |
25420307
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
ビジョラ ガルシア 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (90421411)
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| 研究分担者 |
大島 祐一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (70623528)
島村 清史 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, グループリーダー (90271965)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 酸化物半導体 / ワイドギャップ半導体 / パワー半導体 / パワーデバイス |
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| 研究実績の概要 |
本研究のターゲット物質はβ-Ga2O3であるが、Ga2O3には他にも幾つかの準安定相の存在が知られている。一般に、どの構造のGa2O3が成長するかは成長条件によって異なる。成長条件を適切に制御し、β-Ga2O3を選択的に成長させるためには、そのような成長条件の把握がなにより重要である。そこで、成長温度や基板を様々に変化させ、成長条件と得られる結晶構造との相関を調べた。
(1) α-Ga2O3の成長
サファイアc面基板上では、成長温度520-600℃で単相かつ単結晶のα-Ga2O3が成長することを明らかにした。650℃以上の温度ではβ-Ga2O3を成長することが出来る。α-Ga2O3が成長する理由は、基板のサファイアと同じコランダム構造をとることにより弾性エネルギーを低減できるためと考えている。α-Ga2O3はβ-Ga2O3と同様にワイドギャップ半導体であるだけでなく、同じコランダム構造をとる他の酸化物と混晶やヘテロ構造をつくることによりバンドエンジニアリングや磁性等の新規機能を実現することが提案されている。そのような材料をHVPEで高速成長可能なことを見出したことは非常に重要である。
(2) ε-Ga2O3の成長
GaN, AlNのc面基板上では、成長温度515-620℃で単相かつ単結晶のε-Ga2O3が成長することを明らかにした。ε-Ga2O3が成長するのは、その空間群が基板のGaNやAlNと同じP63mcに属するためと考えられる。高温X線測定の結果、β-Ga2O3への転移はおよそ700℃以上で始まり、α-Ga2O3よりもかなり安定性が高いことがわかった。ε-Ga2O3はこれまで粉末合成のごく限られた報告しかなされておらず、そのバンドギャップすら不明であった。しかし、今回得られた単結晶膜を用いることで、β-Ga2O3とほぼ同等の4.9 eVであることも明らかにした。
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