新規機能性酸化物半導体の創成とその応用探索

新型功能氧化物半导体的创造及其应用探索

基本信息

批准号：
10J05257
负责人：
金子健太郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体研究において新規材料開発研究は重要である。例えば青色発光ダイオード素子開発時には主流材料であったZnSeではなく、GaNによって発明がなされた。このように新規機能性デバイスは常に新材料によってもたらされるが、その新材料の候補群として申請者はコランダム型構造酸化物半導体に着目している。コランダム構造酸化物のうち典型金属酸化物は、従来の混晶系同様にバンドギャップ値の変調が可能であるが、この混晶系にコランダム型構造をもつ遷移金属酸化物をドープもしくは混晶化する事で強磁性等の物理物性を付加できることが、この混晶系の最も大きな特徴であり、従来の混晶系に対してもつ大きなアドバンテージである。申請者はこれらのコランダム構造酸化物群を用いることで新しい混晶の作製が可能である事を示し、提案してきた。これまでの研究ではα-Ga203をベースとするスピントランジスタを作製するうえで強磁性電極となる新規強磁性体α-(Ga,Fe)203薄膜の作製に世界で初めて成功し、その結晶性はX線ロッキングカーブの半値幅が100秒以下という世界最高レベルのものであった。さらにSQUID測定によって室温において強磁性である事が示され、また断面及び平面のTEM観察、TEM-EDX分析測定によって薄膜内に磁性物の析出がない高品質混晶膜である事が分かった。これらは従来の強磁性半導体の弱点を克服するものであり、実用応用可能な磁性半導体材料の開発に成功した。また、典型金属酸化物においても半値幅が300秒以下という高い結晶性を示すα-(Al,Ga)203混晶薄膜の作製に成功し、その光学バンドギャップ値と格子長の制御に成功した。さらに、α-Ga203の結晶成長メカニズムを断面TEM観察測定等から解明し、サファイア基板上にドメインエピタキシー成長する事でらせん転位密度が10の7乗以下の高品質結晶である事を発見した。また、それらの結晶成長メカニズムを利用して、α-Fe203をバッファー層として用いる事で、これまで作製が困難であったα-In203の作製に成功した。その結晶性は半値幅が200秒以下という高品質なものであり、そしてα-(In,Ga)203混晶の作製にも成功し、バンドギャップ値の一部制御に成功した。これらの結果により、物性付加を可能とする機能性混晶であるコランダム構造酸化物の新しい可能性を見出し、またそれがスピントランジスタをはじめとする新デバイスの作製に大きく貢献する事を示した。

关于新材料开发的研究在半导体研究中很重要。例如，本发明是使用gan而不是ZNSE制成的，ZNSE是开发蓝光发射二极管设备时的主流材料。这样，新材料总是带来新的功能设备，但是申请人专注于刚果氧化物半导体作为这些材料的候选者。在圆锥结构化的氧化物中，典型的金属氧化物可以与常规混合晶体系统相同的方式调节带隙值，但是这种混合晶体系统的最重要特征是，通过将过渡金属氧化物与岩体结构与该混合晶体系统的掺杂或混合过渡金属结构，可以添加诸如Ferromagnetic Plasties的物理特性，这是一个惯例的混合质量，这是一项惯例。申请人表明，可以使用这些圆锥形结构氧化物基团并提出了新的混合晶体。先前的研究是世界上第一个成功生产新的铁磁α-（GA，FE）203薄膜，它是基于α-GA203的自旋晶体管时的铁磁电极，其结晶度是世界上最高的，X射线锁定曲线的半宽度为半宽，不到100秒。此外，鱿鱼测量结果表明，在室温下它是铁磁，并且对横截面和平面和TEM-EDX分析测量值的观察表明，它是一种高质量的混合晶体膜，并未在薄膜中沉积任何磁性物质。这些克服了常规铁磁半导体的弱点，并成功地开发了实用且适用的磁性半导体材料。此外，生产α-（Al，GA）203混合晶体薄膜，该薄膜表现出高结晶度，半值宽度为300秒或更少，在控制光学带隙值和晶格长度方面已成功。此外，通过横截面TEM观察和其他测量结果阐明了α-GA203的晶体生长机制，并通过在蓝宝石底物上增长域的外观外观，发现它是一种高质量的晶体，其螺旋脱位密度为10或低于第七次。此外，通过利用这些晶体生长机制，将α-FE203用作缓冲层α-In203，以前很难生产，该α-In203已成功生产。结晶度具有高质量，半价值宽度不到200秒，并且在制造α-（in Ga）203个混合晶体方面也成功地实现了带隙值。这些结果揭示了刚果结构氧化物的新可能性，该氧化物是一种功能混合晶体，可以添加物理性能，还证明了这有助于制造新设备，例如自旋晶体管。