新しい透明導電性材料・酸化ガリウム単結晶の作成とキャリアドーピング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650001
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福田 承生 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30199236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉川 彰 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50292264)
• Keywords: 透明導電性材料 / バルク単結晶 / キャリアドーピング / 熱処理

Research Abstract

本研究では、フローティングゾーン(FZ)法、マイクロ引き下げ(μ-PD)法、引き上げ(CZ)法によりドーパント入り酸化ガリウム単結晶を作製し、その結晶の電気的・光学的特性を調べた。また、酸素欠陥を導入する手法として熱処理を用い、n型半導体酸化ガリウム単結晶の作製を行った。概要をまとめると次のようになる。
1.フローティングゾーン(FZ)法とマイクロ引き下げ(μ-PD)法により、n型半導体としての(Ga_<1-x>W_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Mo_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Ge_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Hf_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Zr_x)_2O_3単結晶とp型半導体としての(Ga_<1-x>Mg_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Zn_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Li_x)_2O_3,(Ga_<1-x>Ni_x)_2O_3単結晶の作製に成功し、酸素と窒素の混合ガス(O_280-90%)の最適雰囲気条件が得られた。
2.酸素と二酸化炭素の混合ガスを雰囲気ガスとして用い、融液からの酸化ガリウムの蒸発を抑制することによって、初めて引き上げ(CZ)法による酸化ガリウムバルク単結晶の作製に成功した。
3.作製した結晶から電気伝導度と透過率に対してその特性を明らかにした。
4.引き上げ(CZ)法により作製した酸化ガリウム単結晶は、GaAsやZnO薄膜系デバイスの透明導電性基板として使われることを見出した。
5.n型半導体酸化ガリウム単結晶の作製のためな最適熱処理条件(〜1600℃に〜20時間維持)が得られた。

Research Products

• [Publications] Y.Tomm: "Czochralski Grown Ga_2O_3 Crystals"Journal of Crystal Growth. 220. 510-514 (2000)
• [Publications] Y.Tomm: "Floating Zone Growth of β-Ga_2O_3 : A New Window Material for Optoelectronic Device Applications"Solar Energy Materials & Solar Cells. 66. 369-374 (2001)