酸化ガリウム混晶半導体薄膜を用いたヘテロ接合デバイスの開発

使用氧化镓混晶半导体薄膜的异质结器件的开发

• 批准号: 16J09832
• 负责人: 若林 諒
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09832/
• 关键词: 酸化ガリウム; ワイドギャップ半導体; 薄膜成長; パルスレーザ堆積法; 混晶化合物; バンドギャップ; ヘテロ接合; エピタキシャル成長; 酸化物; 結晶成長; バンドギャップエンジニアリング; 電子構造

本研究はβ-Ga2O3のヘテロ接合デバイス応用に向けた薄膜成長および物性評価を行う研究である．本年度はヘテロ接合デバイスに用いる混晶化合物に関する検討のため，大きく分けて以下３点に関して取り組んだ．（１）昨年度，エピタキシャル成長によりβ-(Al,Ga)2O3の全率固溶の実現するとともに，バンドギャップ評価を行った．この中で，バンドギャップの組成依存性において２つのボーイング挙動が観察された．この特異なボーイング挙動の要因について，β-Ga2O3が有する結晶構造と配位位置に由来すると考察した．（２）混晶化は母体となる化合物の物性制御を可能とすることに加えて，異なる特性を有する化合物を混晶化させることで多機能を有する混晶化合物が期待できる．本研究では新たな酸化ガリウム系混晶化合物としてSc2O3を混晶化させたβ-(Ga,Sc)2O3に着目し，薄膜成長と物性評価を行った．その結果，Sc組成 ~ 30 %まで単相のβ-(Ga,Sc)2O3薄膜を得るとともに，β-(Al,Ga)2O3よりも大きなバンドギャップ増大が見られた．これはScが有する大きな陽性に起因すると考察した．（３）前述のβ-(Al,Ga)2O3，β-(Ga,Sc)2O3は組成の増大に伴いβ-Ga2O3と大きな格子ミスマッチを生じる．この格子ミスマッチはヘテロ接合界面における電気伝導を阻害する恐れがある．本研究ではこの格子ミスマッチの抑制のため，β-Ga2O3に格子整合するβ-(Al,Ga,Sc)2O3三元混晶化合物の薄膜成長と物性評価を行った．その結果，混晶組成 ~ 20 %まで単相のβ-(Al,Ga,Sc)2O3薄膜を得た．また二元混晶化合物よりも大きなバンドギャップを実現しつつ，大きな臨界膜厚を有するβ-(Al,Ga,Sc)2O3薄膜を実現した．

This study は beta Ga2O3 の ヘ テ ロ joint デ バ イ ス 応 with に to け た thin film growth お よ び property evaluation 価 を line う research で あ る. This year は ヘ テ ロ joint デ バ イ ス に with い る mixed crystal compound に masato す る beg の 検 た め, big き く points け て below 3 points に masato し て group take り ん だ. (1) year yesterday, エ ピ タ キ シ ャ ル growth に よ り beta (Al, Ga) 2 o3 の rate of solid solution の be presently す る と と も に, バ ン ド ギ ャ ッ プ review 価 を line っ た. こ の で, バ ン ド ギ ャ ッ プ の composition dependence に お い て 2 つ の ボ ー イ ン グ 挙 dynamic が 観 examine さ れ た. こ の specific な ボ ー イ ン グ 挙 dynamic の by に つ い て, beta Ga2O3 が have す る crystal structure と coordination position に origin す る と investigation し た. (2) mixed crystallization は maternal と な る compound の property suppression を may と す る こ と に plus え て, different な る features を have す を る compounds mixed crystallization さ せ る こ と で function を have す る mixed crystal compound が expect で き る. This study で は new た な acidification ガ リ ウ ム is mixed crystal compound と し て Sc2O3 を mixed crystallization さ せ た beta (Ga, Sc) 2 o3 に mesh し, thin film growth と property evaluation 価 を line っ た. そ の results, Sc of ~ 30% ま で 単 phase の beta (Ga, Sc) 2, o3 film を る と と も に, beta (Al, Ga) 2 o3 よ り も big き な バ ン ド ギ ャ ッ プ raised large が see ら れ た. <s:1> れ が Scが has する large <s:1> な positive に cause すると investigation of すると た. (3) the foregoing の beta (Al, Ga) 2 o3, beta (Ga, Sc) 2 o3 は grand に の raised with い beta Ga2O3 と big き な grid ミ ス マ ッ チ を raw じ る. The <s:1> ス grid ス ッチ ヘテロ ヘテロ ヘテロ interface における electricity 伝 conduction を resistance する fear れがある. This study で は こ の grid ミ ス マ ッ チ の inhibit の た め, beta Ga2O3 に grid integration す る beta 2 o3 (Al, Ga, Sc) ternary mixed crystal compound の thin film growth と property evaluation 価 を line っ た. Youdaoplaceholder0 そ result, the mixed crystal composition is ~ 20% まで単 phase そ β-(Al,Ga,Sc)2O3 film を obtained た. ま た binary mixed crystal compound よ り も big き な バ ン ド ギ ャ ッ プ を be presently し つ つ, big き な critical film thickness を have す る beta (Al, Ga, Sc) 2 o3 film を be presently し た.

项目成果

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系 大友研究室ホームページ

东京工业大学材料科学与工程学院应用化学系大友实验室主页

ウェットエッチングを用いたβ-Ga2O3 (100)基板表面のSi不純物除去

使用湿法蚀刻去除 β-Ga2O3 (100) 衬底表面的 Si 杂质

• 发表时间: 2018
• 作者: 李政洙;若林諒;吉松公平;加渡幹尚 大友明
• 通讯作者: 加渡幹尚 大友明

MgO (100)基板上β-Ga2O3:Si (100)薄膜のヘテロエピタキシャル成長

MgO(100)衬底上β-Ga2O3:Si(100)薄膜的异质外延生长

• 发表时间: 2017
• 作者: 若林諒;服部真依;吉松公平;大友明
• 通讯作者: 大友明

Low-temperature growth of β-Ga2O3:Si (100) films on MgO (100) substrates

MgO (100) 衬底上低温生长 β-Ga2O3:Si (100) 薄膜

• 发表时间: 2016
• 作者: Ryo Wakabayashi;Kohei Yoshimatsu;and Akira Ohtomo
• 通讯作者: and Akira Ohtomo

β-Ga2O3(100)上に成長したβ-(AlxGa1-x)2O3薄膜のバンドギャップ評価

β-Ga2O3(100) 上生长的 β-(AlxGa1-x)2O3 薄膜的带隙评估

• 发表时间: 2017
• 作者: 服部 真依，若林 諒;佐々木 公平，増井 建和;倉又 朗人，山腰 茂伸;堀場 弘司;組頭 広志;吉松 公平，大友 明
• 通讯作者: 吉松 公平，大友 明