化学反応制御による非真空プロセスでの高品質薄膜作製とその特性制御

在非真空工艺中制造高质量薄膜并通过化学反应控制控制其性能

基本信息

批准号：
15J07829
负责人：
内田貴之
金额：
$ 1.79万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ミストCVD法は、安全な原料を用い非真空プロセスにより酸化物半導体薄膜の成膜が可能な点で優れた技術であるが、同時に原料の種類や成膜条件によって反応経路の制御が可能な点で特徴がある。本研究は、雰囲気の酸化・還元性や新材料の利用によって化学反応の経路を制御し、薄膜の高品質化を達成する基盤技術の確立を目的とした。まず、酸化スズに注目した。酸化スズはSnの価数の異なるSnOとSnO2との組成を持つが、SnOはp型伝導を示し、酸化物半導体のpn接合形成に重要な材料である。しかし、この価数制御は困難で、多くの場合酸素リッチのSnOとなる。本研究では原料にNH3を加えて還元雰囲気とし、酸化を抑制するよう化学反応を制御することで、10^15cm-3台のp型伝導を実現しえた。また、ラマン分光やXPSによりSnが2価をとることを立証した。引き続きコランダム構造の酸化ガリウム(Ga2O3)の結晶成長を対象に研究を進めた。ミストCVDではn型伝導の実現のためにSnのドーピングが一般的であったが、Snの失活という問題があった。そこで、Ga2O3の形成反応と並行して分解が生じSiのドーピングが可能となるような原料を探索し、これを用いることでSiのドーピングに成功した。しかしながら、Ga2O3中のSi濃度が低い場合にはSiが活性化せず伝導に寄与しないという問題があった。そこでキャリアガスにO3を用いて膜中でのSiの活性化を進めることを考えた。O3によりSiが膜中に混入する化学反応経路が制御され、より微量のSiが活性化してn型伝導に寄与した。Ga2O3のn型伝導が得られたことから、これをヘテロ接合デバイスに応用するため。(Al,Ga)2O3/Ga2O3ヘテロ構造の作製、オフセットの解析を行った。その結果、ヘテロ構造デバイスにふさわしいタイプI型のオフセットが確認され、今後のデバイス展開への指針が得られた。

雾气CVD法是一项优异的技术，因为可以在非真空工艺中使用安全的原材料形成氧化物半导体薄膜，同时可以根据原材料的类型控制反应路径以及成膜条件。本研究的目的是通过利用大气的氧化/还原特性和新材料的使用来控制化学反应路径，建立获得高质量薄膜的基础技术。首先，我们关注氧化锡。氧化锡的成分为SnO和SnO2，它们具有不同的Sn价，但SnO表现出p型导电性，是氧化物半导体中形成p-n结的重要材料。然而，这种价态控制很困难，并且在许多情况下结果是富氧的 SnO。在本研究中，我们在原料中添加NH3，营造还原气氛，并控制化学反应抑制氧化，从而实现10^15cm-3量级的p型传导。此外，拉曼光谱和XPS证明Sn是二价的。我们继续研究刚玉结构的氧化镓（Ga2O3）的晶体生长。在雾气CVD中，通常采用Sn掺杂来实现n型导电，但存在Sn失活的问题。因此，我们寻找一种与Ga2O3形成反应同时分解的原料，从而可以掺杂Si，并利用它成功地掺杂了Si。然而，存在以下问题：当Ga 2 O 3 中的Si浓度低时，Si不被活化并且无助于导电。因此，我们考虑使用O3作为载气来促进薄膜中Si的活化。 O3控制了Si混入薄膜中的化学反应路径，激活了少量的Si并有助于n型传导。由于获得了 Ga2O3 的 n 型传导，我们希望将其应用于异质结器件。我们制作了 (Al,Ga)2O3/Ga2O3 异质结构并分析了其偏移。结果，确定了适合异质结构器件的I型偏移，并获得了未来器件开发的指南。

项目成果

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Growth of rocksalt-structured MgxZn1-xO (x>0.5) films on MgO substrates and their deep-ultraviolet luminescence

MgO基底上岩盐结构MgxZn1-xO (x>0.5)薄膜的生长及其深紫外发光

DOI：
10.7567/apex.9.111102
发表时间：
2016
期刊：
Applied Physics Express
影响因子：
2.3
作者：
K. Kaneko;T. Onuma;K. Tsumura;T. Uchida;R. Jinno;T. Yamaguchi;T. Honda;and S. Fujita
通讯作者：
and S. Fujita

University of Canterbury(New Zealand)

坎特伯雷大学（新西兰）