異方的圧縮応力の印加による準安定酸化物の高温での反応速度論的安定性の制御

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準安定相コランダム構造酸化ガリウム(α-Ga2O3)の反応速度論的熱安定性の制御を目的として研究を行った。α-Ga2O3は超ワイドバンドギャップ半導体材料の一つであり、大きな絶縁破壊電界強度が予想されている。そのためパワーデバイスの材料として用いることで高い省エネ効果があり、カーボンニュートラルへの貢献が期待できる。α相は結晶多型の中で熱的に準安定相であり、600℃以上の熱処理で最安定のβ相へ相転移し、高温での熱的安定性が課題である。特にイオン注入のプロセスでは1000℃程度の熱耐性が求められており、高温での構造制御はα相の応用にとって重要である。本研究では、異方的圧縮応力がα相の反応速度論的熱安定性に与える影響を解明することで、イオン注入後の活性化アニールに必要な1000℃以上で30分間の熱処理後に構造を維持させる手法を確立することを目的としている。本年度は、高温での構造相転移の機構解明を目的として、その場観察高温ラマン分光および顕微観察を用いて、α相の熱的安定性の面内分布および相転移の様子を評価した。基板表面に一様に成長させたα相の薄膜は、ラマンスペクトルから600℃付近で安定相へ変化していることがわかり、先行研究での高温XRDによる結果と一致した。また、顕微観察から構造変化に伴い表面構造の変化し、安定相の核が結晶全体へ広がる様子が観察された。一方で、サファイア基板上にドット状に選択成長したα-Ga2O3は、空間的に分離された構造により安定核が他のメサへ伝搬することをブロックし、α相の速度論的熱安定性が向上した。選択成長による構造制御により1000℃以上でのα相の安定化が実現した。今後、メサ構造と相転移について解析することで、制御性の向上が期待できる。