Development of the Basic technology to fabricate new wide-bandgap hetero pn junction based on all oxide

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05042
• Research Institution: Ishinomaki Senshu University
• Principal Investigator: 中込 真二 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (60172285)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 隆 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (90182336) ; 矢野 浩司 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90252014)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 酸化ガリウム / 酸化ニッケル / 結晶配向 / ｐｎ接合ダイオード

Outline of Annual Research Achievements

ｎ形しか得られない酸化ガリウム(β-Ga2O3)は次世代パワーデバイス用ワイドバンドギャップ半導体として注目されている。本研究では、ｐ形金属酸化物である酸化ニッケル（NiO）を用いてｐｎ接合ダイオードを作成するための基盤技術開発を行った。
NiOとβ-Ga2O3の間の結晶配向関係を明らかにする目的に関しては、単斜晶のβ-Ga2O3と立方晶のNiOがどのようにヘテロ接合を作るのかを結晶配向性に着目して評価した。NiOの代用基板としてのMgO基板上には酸素プラズマ中Ga蒸着という方法でβ-Ga2O3を成膜し、β-Ga2O3基板上にはNiO層をゾルゲル法により成膜した。実験に用いたのはMgO基板の(100), (111), (110)面、及び　β-Ga2O3基板の(100), (-201), (001), (010)面である。基板と成膜層の結晶配向関係をすべて明らかにし、結果としては、どちらを基板とした場合でも、また下地となる基板が異なっても、両者が常に同じ位置関係で結晶成長することが判明した。ここでは、β-Ga2O3の(100)面とNiOの(100)面が平行で、かつβ-Ga2O3の[001]方向とNiOの[011]方向が平行であるという条件を常に満たしている。これには、基板の酸素原子の配置と膜の酸素原子の配置が関わっていることが示唆され、両者が高い親和性をもつヘテロ接合となりうることを示した。
NiOにLiをドープすることによりｐ形の導電率を制御し、購入したβ-Ga2O3基板上にNiOを形成した構造のダイオードを試作した。整流性を確認し、500℃程度の高温下でも整流性が維持できることなどを実証した。助成期間内での成果としては、エピタキシャル層付きのβ-Ga2O3基板を用いたダイオードにおいて、逆方向耐圧1000Ｖ程度を達成した。