Growth of low dislocation density indium oxide single crystal layer to elucidate intrinsic electron mobility

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III族カチオンにインジウム（In）を用いたIII-V化合物半導体は、アルミ（Al）やガリウム（Ga）をそれとしたものと比較して極めて高い電子移動度を有することが明らかにされているため、その特性を活かして高速動作や低抵抗な電子デバイス用材料として用いられている。III族セスキ酸化物に関しては、Gaをカチオンとした酸化ガリウム（Ga2O3）固有の電子移動度が200 cm^2/Vsと明らかにされている一方で、Inをカチオンとした酸化インジウム（In2O3）のそれは未知である。ハライド気相成長（HVPE）法を用いてサファイア基板上に成長したIn2O3は、結晶中の転位密度が10^10 cm^-2と高いながらも電子移動度は約230 cm^2/VsとGa2O3よりも高い値を示す。しかし、材料固有の移動度はいまだ明らかになっておらず、In2O3のデバイス材料としてのポテンシャルは未知数のままである。本研究では転位密度が極めて低い高純度なIn2O3単結晶薄膜を成長し、本質的な物性を明らかにすることを目的としている。他材料の傾向から、室温における材料固有の移動度は結晶中の転位密度がおよそ10^8 cm^-2程度まで低減されることで明らかになると類推できるため、これを具体的な数値目標とし研究を進めている。当該年度では、サファイア基板とIn2O3成長層の間に中間バッファ層としてスズ添加In2O3（ITO）をスパッタ成膜し、その成膜条件がIn2O3成長層の結晶品質に与える影響を調査した。400℃で30 nm堆積したITO膜を用いた場合、結晶方位のバラつき（ツイスト角）が抑制されることが見出され、転位密度の低下が示唆された。