極ワイドバンドギャップ半導体の創成

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今年度は、極ワイドバンドギャップ半導体材料として用いるコランダム構造酸化アルミニウムガリウム (α-(AlxGa1-x)2O3)薄膜の電気伝導性の制御を目的に研究を行った。極ワイドバンドギャップ半導体を実現するためには低転位密度かつ低不純物密度の薄膜の作製が必要であり、ミストCVD法と分子線エピタキシー法(MBE)を組み合わせることでその実現を目指した。さらに、デバイス応用の上で重要なα-(AlxGa1-x)2O3薄膜の熱的安定性の評価を行った。得られた成果の概要は以下の通りである。(i)ミストCVD法を用いて成長した低転位密度α-Ga2O3テンプレート上に分子線エピタキシー(MBE)法を用いて高純度のα-(AlxGa1-x)2O3の成長およびGeのドーピングを行った。RHEEDおよびXRD測定からα-(AlxGa1-x)2O3が成長していることを確認したが、n型伝導には至らず、その理由としてドーパントのGeがGaと置換しておらずドーパントとして機能していない可能性が考えられる。今後、Sn, Siなどの他の材料のドーピングを試みる必要がある。(ii) α-Ga2O3は熱的に準安定相であるため600℃程度でβ相へ相転移すると考えられてきたが、サファイア基板上に成長した薄膜は膜厚が小さくなるほど相転移温度が上昇する傾向が得られた。さらに、パターン基板を用いることで熱的安定性が向上し750℃程度においてα相の維持を実現した。異種基板上への成長による応力を緩和することでさらに高温でも安定化すると期待できる。また、α-(AlxGa1-x)2O3はAl組成が大きくなるほど相転移温度が上昇し、x>0.6ではβ相への相転移は確認されなかった。