Pioneering development of fundamental technologies for fabrication of wide bandgap III-group oxide/nitride heterostructures

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289093
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 東脇 正高 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所 グリーンICTデバイス先端開発センター, センター長 (70358927)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾沼 猛儀 工学院大学, 公私立大学の部局等, 准教授 (10375420)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: MBE / 酸化物 / 窒化物 / 半導体物性 / 先端機能デバイス

Outline of Annual Research Achievements

H28年度 窒化物/酸化物ヘテロ構造の研究開発においては、β-Ga2O3 (-201)基板上に厚さ5 nmのAlN薄膜を分子線エピタキシー (MBE) 成長したAlN/Ga2O3ヘテロ構造を作製し、構造、電気的特性評価を行った。なお、AlN成長前にGa2O3基板表面を窒化処理したもの（サンプルA）と、窒化せずにAlNを成長したもの（サンプルB）の、構造は同一であるが成長プロセスが異なる2種類のサンプルを用意した。最初に、両サンプルの断面構造を透過型電子顕微鏡観察した結果、サンプルAでは多結晶AlN層、サンプルBではアモルファスAlN層を介した単結晶AlN層が確認された。次に、両サンプルAlN上に原子層堆積法により厚さ20 nmのAl2O3層を形成した後、アノード、カソード電極をエピ面、基板裏面にそれぞれ蒸着することでダイオード構造を作製し、その電気的特性を評価した。サンプルA、B共に、測定した容量－電圧特性は、期待するAlN/Ga2O3界面に二次元電子ガス (2DEG) が形成されている場合の理想特性とは大きく異なるものであった。この結果は、両構造において2DEGが形成されなかったことを意味する。両サンプルともにAlN層の品質が低く、強いc軸配向が得られなかったことが原因と考えられる。
Ga2O3基礎物性に関する研究においては、β-Ga2O3薄膜とバルク単結晶の反射および透過分光エリプソメトリ測定を行い、光学定数を評価した。サンプルには、c面サファイア基板上にMBE成長したGa2O3 (-201)薄膜と、MgドープGa2O3 (010)基板を用いた。解析結果から、β-Ga2O3特有の光学異方性と、そのバンド構造から遷移エネルギーと共に吸収係数が大きくなることが、これまで報告されてきたバンドギャップ値に4.4~5.0 eV程度のばらつきが存在することに繋がったと考えられる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Nebraska, Lincoln(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Nebraska, Lincoln
• [Int'l Joint Research] Linkoping University(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: Linkoping University
• [Journal Article] Spectroscopic ellipsometry studies on β-Ga2O3 films and single crystal (2016)
  • Author(s): T. Onuma, S. Saito, K. Sasaki, T. Masui, T. Yamaguchi, T. Honda, A. Kuramata, and M. Higashiwaki
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 55 Pages: 1202B2-1~5
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.1202B2
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Optical properties of Ga2O3 films and crystals (2017)
  • Author(s): T. Onuma, S. Saito, K. Sasaki, K. Goto, T. Masui, T. Yamaguchi, T. Honda, A. Kuramata, M. Higashiwaki
  • Organizer: Compound Semiconductor Week 2017 (CSW 2017)
  • Place of Presentation: dbb forum berlin, Berlin, Germany
  • Year and Date: 2017-05-14 – 2017-05-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 単斜晶酸化ガリウム結晶における光学遷移過程 (2017)
  • Author(s): 尾沼 猛儀、齋藤 伸吾、佐々木 公平、後藤 健、増井 建和、山口 智広、本田 徹、倉又 朗人、東脇 正高
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会 シンポジウム「金属酸化物の結晶物性に迫る」
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市 横浜国際平和会議場（パシフィコ横浜）
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-17
  • Invited
• [Presentation] Effect of nitridation on properties of AlN/β-Ga2O3 composite structures (2017)
  • Author(s): L. Ravikiran、中田 義昭、倉又 朗人、山腰 茂伸、東脇 正高
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市 横浜国際平和会議場（パシフィコ横浜）
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [Presentation] β-Ga2O3結晶における光学的異方性の解析 (2017)
  • Author(s): 尾沼 猛儀、山口 智広、本田 徹、佐々木 公平、後藤 健、増井 建和、倉又 朗人、齋藤 伸吾、東脇 正高
  • Organizer: 日本学術振興会161委員会 第98回研究会「ワイドギャップ酸化物半導体β-Ga2O3結晶成長、結晶評価、デバイス応用」
  • Place of Presentation: 滋賀県長浜市 長浜ロイヤルホテル
  • Year and Date: 2017-01-12 – 2017-01-13
  • Invited
• [Presentation] β-Ga2O3薄膜と単結晶の光学定数の比較 (2016)
  • Author(s): 尾沼 猛儀、齋藤 伸吾、佐々木 公平、増井 建和、山口 智広、本田 徹、倉又 朗人、東脇 正高
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟県新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Observation of exciton-LO-phonon interaction in β-Ga2O3 single crystals (2016)
  • Author(s): T. Onuma, S. Saito, K. Sasaki, K. Goto, T. Masui, T. Yamaguchi, T. Honda, A. Kuramata, M. Higashiwaki
  • Organizer: German-Japanese Gallium Oxide Technology Meeting 2016
  • Place of Presentation: Leibniz Institute for Crystal Growth, Berlin, Germany
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Anisotropic optical constants in β-Ga2O3 single crystal (2016)
  • Author(s): T. Onuma, S. Saito, K. Sasaki, T. Masui, T. Yamaguchi, T. Honda, A. Kuramata, M. Higashiwaki
  • Organizer: 58th Electronic Materials Conference (EMC 2016)
  • Place of Presentation: University of Delaware, Newark, Delaware, USA
  • Year and Date: 2016-06-22 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 情報通信研究機構 未来ICT研究所 グリーンICTデバイス先端開発センター
  • URL: http://www2.nict.go.jp/green/