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．

这项研究是一项研究，对β-GA2O3异性恋设备进行薄膜生长和物理性质评估。在这个财政年度，为了检查用于异质连接设备的混合化合物，我们大致分裂并在以下三个点上进行了工作。 （1）去年，通过外延生长来实现β-（Al，GA）2O3的整个速率，并评估了带隙。其中，在带隙的组成依赖性中观察到了两种波音行为。这种特殊行为的因素被认为是从β-GA2O3的晶体结构和分布位置得出的。 （2）除了混合混合物外，具有多功能化合物的混合功能化合物除了控制母体物理特性的能力外，具有多功能化合物。在这项研究中，我们专注于β-（GA，SC）2O3，该2O3与SC2O3混合为新的基于氧化甲壳的混合型混合物型化合物，并评估了薄膜的生长和物理特性。结果，从SC组成到30％获得了单相β-（GA，SC）2O3 2O3，并且带隙大于β-（Al，GA）2O3。这被认为是因为出色的SC。 （3）β-（Al，GA）2O3，β-（GA，SC）2O3随着组成的增加而产生与β-GA2O3的较大晶格不匹配。该晶格不匹配可能会抑制杂环界面上的电导传导。在这项研究中，为了抑制这种晶格不匹配，进行了三重混合结晶化合物的薄膜生长和物理特性，该化合物是晶格与β-GA2O3一致的。结果，从混合晶体组成到20％获得了单相β-（Al，Ga，Sc）2O3 2O3。此外，与双重混合结晶化合物相比，实现了较大的带隙，并且实现了具有较大临界膜厚度的薄膜。

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

Epitaxial growth and electric properties of γ-Al2O3 (110) films on β-Ga2O3 (010) substrates

β-Ga2O3(010)衬底上γ-Al2O3(110)薄膜的外延生长及其电性能

• DOI: 10.7567/jjap.55.1202b6
• 发表时间: 2016
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: M. Hattori;T. Oshima;R. Wakabayashi;K. Yoshimatsu;K. Sasaki;T. Masui;A. Kuramata;S. Yamakoshi;K. Horiba;H. Kumigashira;A. Ohtomo
• 通讯作者: A. Ohtomo

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