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

低位错密度氧化铟单晶层的生长以阐明本征电子迁移率

• 批准号: 22K04947
• 负责人: 後藤 健
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04947/
• 关键词: 酸化インジウム; ワイドバンドギャップ半導体; 高移動度半導体; III族セスキ酸化物; ハライド気相成長

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。

与铝（AL）和甘油（GA）相比，使用imii III阳离子的III-V化合物半导体已被证明具有极高的电子迁移率，并用作使用此特性的高速运行和低速操作和低阻力电子设备的材料。关于III组倍氧化物，氧化甘露（GA2O3）以Ga为阳离子的固有电子迁移率为200 cm^2/vs，而含量为In as AS阳离子的im氧化物（IN2O3）的固有电子迁移率为200 cm^2/vs。使用卤化物蒸气沉积（HVPE）方法在蓝宝石底物上生长的In2O3方法在10^10 cm^-2的晶体中的位错密度很高，但电子迁移率约为230cm^2/vs，大于GA2O3。但是，材料的固有迁移率仍然未知，并且In2O3作为设备材料的潜力尚不清楚。这项研究旨在开发具有极低脱位密度的高纯度In2O3单晶薄膜，并阐明基本特性。可以估计，室温下材料的固有迁移率将从晶体中的脱位密度降低到大约10^8 cm^-2中可以清楚地清楚，因此，正在使用该晶体作为特定的数值目标进行研究。今年，研究了蓝宝石底物和In2O3生长层之间的中间缓冲层的锡in2O3（ITO），并研究了膜形成条件对In2O3生长层晶体质量的影响。当使用在400°C下沉积在30 nm处的ITO膜时，发现抑制了晶体方向（扭曲角）的变化，表明位错密度降低。