酸化ガリウム (Ga2O3) の結晶成長・薄膜形成とデバイス応用

本セミナーでは、新しいパワーデバイス半導体の材料として大きな注目を浴びている酸化ガリウム (Ga2O3) について、2名の講師がそれぞれの見地から解説する。第1部では、5つの結晶多形ごとの異なる特徴や薄膜形成技術、またそれぞれの課題などについて説明する。第2部では、酸化ガリウム (Ga2O3) の主要な薄膜形成手法であるミストCVDに焦点をあて、その概要とミストCVDによって作製した酸化ガリウム薄膜、酸化ガリウム半導体デバイスの特性等について解説する。

第1部 酸化ガリウム (Ga2O3) の物性と結晶成長・薄膜形成

(2023年7月26日 10:30〜14:20 ※途中50分程度の休憩を挟みます)

酸化ガリウム (Ga2O3) は大きなバンドギャップと低コストで形成できるという特徴から新しいパワーデバイス半導体として大きな注目を浴びている。そのGa2O3は5つの結晶多形が存在し、その結晶多形によって異なる特徴を持つことから、それぞれ異なるデバイスへの応用が検討されている。その結晶多形の特徴や形成技術、またそれぞれの課題などについて説明する。形成技術についてはMBE法やMOCVD法、ミストCVD法などの手法でのそれぞれの結晶多形についての例を紹介する。また、パワーデバイス応用に重要な不純物添加技術や混晶化技術についても紹介する。

1. 酸化ガリウムの基礎物性
   1. 酸化ガリウムの結晶多形
   2. 酸化ガリウムの結晶多形別の特徴
   3. 結晶多形による研究動向 (国内・海外)
2. 酸化ガリウムの結晶成長・薄膜形成
   1. 成長・薄膜形成方法
   2. 酸化ガリウムで用いられる成長・薄膜形成方法
3. α相酸化ガリウムの結晶成長・薄膜形成
   1. α-Ga2O3の結晶成長
   2. 成長法
   3. 課題と高品質化
   4. 混晶化技術
   5. デバイス動作 (結晶成長から見た)
   6. n型制御
   7. p型制御
4. β相酸化ガリウムの結晶成長・薄膜形成
   1. β-Ga2O3の結晶成長
   2. 成長法
   3. n型制御
   4. 混晶化技術
   5. デバイス動作 (結晶成長から見た)
5. κ相酸化ガリウムの結晶成長・薄膜形成
   1. κ-Ga2O3の結晶成長
   2. 成長法
   3. 強誘電体特性とHEMT
   4. 混晶化技術
   5. 高品質化
6. γ相酸化ガリウムの結晶成長・薄膜形成
   1. γ-Ga2O3の結晶成長
   2. 混晶化技術
   3. 成長法
7. δ相酸化ガリウムの結晶成長・薄膜成長
   1. ミストCVD法でのδ-Ga2O3の結晶成長
   2. δ-Ga2O3の物性
8. 結晶多形の制御方法
9. まとめと展望
• 質疑応答

第2部 ミストCVDによって作製したコランダム (α) 型酸化ガリウム系薄膜およびデバイスの特性

(2023年7月26日 14:30〜17:00)

　我々の生活に欠かせない各種デバイスに必要な機能薄膜を、低環境負荷かつ大面積に対し高品質に形成するため、霧化した溶液中に含まれる原料を熱分解させて基板上に機能膜を成長させる「ミストCVD」の開発を行ってきた。ところでミストCVDは、コランダム (α) 型Ga2O3薄膜の合成をはじめ、Ga2O3の各他型の合成を、世界に先駆け成功させてきた。 　本講演では、ミストCVDに関して、経緯、歴史、膜・デバイスの作製・特性、および、ミストCVDの物理等について説明し、ミストCVDで合成したコランダム (α) 型Ga2O3系薄膜について、Alとの混晶、支援剤の影響、ドーピング、および、デバイスの作製・特性等について報告する。

1. 緒言
   1. 自己紹介
   2. 高知工科大学について
2. ミスト流を利用した機能膜形成技術「ミストCVD」
   1. 機能膜形成技術の現状
   2. ミスト法とは
   3. 従来の成膜手法に対するミストCVD法の立場
   4. 超音波噴霧を利用した機能膜形成技術の歴史
   5. 原料供給器・成膜反応器
   6. 起上げに必要な部材、汎用システム
3. ミストCVDの物理1
   1. 均質膜を作製する為の2つのポイント
   2. ファインチャネル (FC) システムvsホットウォール (HW) システム
4. ミストCVDで作製出来る機能膜とデバイス
   1. これまでに形成できた機能薄膜
   2. 酸化亜鉛系 (ZnO)
   3. コランダム系酸化物 (Ga2O3, In2O3, Fe2O3)
   4. 酸化アルミニウム (AlOx)
   5. 酸化インジウムガリウム亜鉛 (IGZO)
   6. 有機膜
   7. 層状硫化モリブデン (MoS2)
   8. 付き周り性
   9. IGZO TFT
   10. デバイス応用
5. ミストCVDの物理2
   1. ミストCVD開発10年で得られた成果のまとめ
   2. 従来の (第2世代) ミストCVDの問題点
   3. ライデンフロスト状液滴の存在
   4. 解決策の立案
   5. 第3世代ミストCVDの開発と実力
6. ミストCVDによるコランダム (α) 型 (AlxGa1-x) 2O3作製
   1. 第2世代vs第3世代
   2. 組成比と光学バンドギャップの関係
7. Ga2O3薄膜に対する支援剤の影響
   1. Ga2O3の状態制御術のセレンディピティ (偶発的発見)
   2. TPRの定義
   3. GaCl3を出発源とした場合
   4. Ga (acac) 3を出発源とした場合
8. ミストCVDにより作製したGa2O3薄膜およびデバイスの特徴
   1. 選択的横方向成長により成長したGa2O3
   2. コランダム (α) 型Ga2O3薄膜へのドーピング
   3. コランダム (α) 型 (AlxGa1-x) 2O3薄膜へのドーピング
   4. 世界で始めて駆動に成功したコランダム (α) 型Ga2O3ショットキーバリアダイオード (SBD) の特性
9. まとめ
   1. ミストCVDとこれからのミストCVD
   2. ミストCVDの他なる可能性
• 質疑応答