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

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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。