Creation of ultra-wide bandgap p-type transition metal oxides and device applications

超宽带隙p型过渡金属氧化物的制备及器件应用

• 批准号: 21H01811
• 负责人: 金子 健太郎
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Ritsumeikan University (2022-2023)Kyoto University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01811/
• 关键词: 超ワイドギャップ半導体; 準安定相; p型酸化物; パワーデバイス; 酸化ガリウム; 二酸化ゲルマニウム; pn接合

本研究は、4.0 eV以上の禁制帯幅を有する新しい超ワイドバンドギャップp型半導体の合成を柱とするものである。初年度には、n型とp型の両伝導が理論的に予測されていながら、これまで合成が非常に困難であった新しい超ワイドバンドギャップ半導体である、二酸化ゲルマニウム(GeO2)(バンドギャップ 4.6 eV)の薄膜合成を達成した。二年目の今年度はGeO2の安価で安定的な薄膜合成と、同じルチル構造をもつ酸化物との混晶作製の合成と物性探索を行った。GeO2薄膜は現状では酸化チタン(TiO2)基板上で結晶成長が確認されているが、TiO2基板は10mm角で約1万円と非常に高価である。そこで、実験回数をより多くするために、安価なサファイア基板上での結晶成長を試みたところ、初歩的なGeO2結晶の薄膜成長を確認した。しかしながら、膜内の均質性や結晶の配向性に関して継続的な実験が必要なため、サファイア基板上での結晶成長を進めながら、混晶薄膜の合成は引き続きTiO2基板上で行った。GeO2のバンドギャップ変調のために、同じ結晶構造をもつ酸化スズ(SnO2)との混晶作製を行った。X線回折測定の結果から、Geの混入量の増加に伴い、SnO2のピークからGeO2のピークに連続的にシフトし、 (Ge,Sn)O2薄膜が全組成領域で作製可能である事を示した。さらに、分光透過率測定および分光エリプソメトリーを用いた光学測定から、(Ge,Sn)O2薄膜のバンドギャップがGeの混入量増加により、3.81 eV(SnO2)から、Ge濃度96%の(Ge,Sn)O2の4.44 eVまで拡張している事を実験的に確認した。さらに、Ge組成が57%以下(バンドギャップ 3.98 eV以下)の薄膜において、(Ge,Sn)O2薄膜がn型伝導を示す事も確認され、(Ge,Sn)O2薄膜の導電性制御に向けた成果が得られた。

In this paper, we study the synthesis of p-type semiconductors with a new inhibition band above 4.0 eV. In the early years, the theoretical prediction and synthesis of reverse, n-type and p-type semiconductor films were very difficult. The synthesis of thin films of (GeO2)(4.6 eV) was achieved. In the past two years, the synthesis and physical properties of GeO2 thin films have been explored. GeO2 thin film is not acidified (TiO2) substrate crystal growth is confirmed, TiO2 substrate is about 10mm angle is very high The growth of GeO2 crystals on the substrate was tested and confirmed at the initial stage. Homogeneity in the film and crystal orientation are essential for the synthesis of mixed crystal thin films on TiO2 substrates. GeO2 crystal structure and mixed crystal structure The results of X-ray reflection measurement show that Ge content increases, SnO2 content increases, GeO2 content increases, and (Ge,Sn)O2 thin films can be fabricated in all composition fields. In addition, the spectral transmittance measurement and spectroscopic measurement were carried out to confirm the increase of Ge content in (Ge,Sn)O2 thin films, and the increase of Ge content in (Ge, Sn) O2 thin films. In addition, the n-type conductivity of (Ge,Sn) O2 thin films with Ge composition of 57% or less (below 3.98 eV) was confirmed. The conductivity control of (Ge, Sn) O2 thin films was achieved.

项目成果

ミストCVD法によるIrBr3前駆体を用いたα-Ir2O3薄膜の成長

使用 IrBr3 前驱体通过雾气 CVD 法生长 α-Ir2O3 薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: 赤石智悠; 四戸孝, 金子健太郎
• 通讯作者: 四戸孝, 金子健太郎

Ga2O3 and beyond Ga2O3 material of GeO2 for power device

功率器件用Ga2O3及GeO2以外的Ga2O3材料

• 发表时间: 2022
• 作者: 柴山茂久;G. R. Suwito;中塚理;Kaneko Kentaro
• 通讯作者: Kaneko Kentaro

ルチル型GexSn1-xO2混晶薄膜の作製とその基礎物性

金红石型GexSn1-xO2混晶薄膜的制备及其基本物理性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 西早辰一;渡辺悠斗;M. Kriener;中村彩乃;川﨑雅司;打田正輝;高根倫史，若松岳，田中勝久，四戸孝，金子健太郎
• 通讯作者: 高根倫史，若松岳，田中勝久，四戸孝，金子健太郎

Fabrication of rutile germanium dioxide thin film with high growth rate under highly oxygen-rich condition and its structural properties

高富氧条件下高生长率金红石二氧化锗薄膜的制备及其结构性能

• 发表时间: 2021
• 作者: Takane Hitoshi;Kaneko Kentaro
• 通讯作者: Kaneko Kentaro

ミストCVD法によるルチル型GeO2薄膜のエピタキシャル成長

雾气CVD法外延生长金红石型GeO2薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: Okada Daichi;Nishikawa Hiroya;Araoka Fumito;Masaaki Misawa，Kohei Shimamura，Fuyuki Shimojo;Kenichi Ozawa;打田正輝;高根 倫史，柳生 慎悟，四戸 孝，金子 健太郎
• 通讯作者: 高根 倫史，柳生 慎悟，四戸 孝，金子 健太郎