【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.11】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23CT0214
利用課題名 / Title
酸化ガリウム結晶へのAl添加効果の研究
利用した実施機関 / Support Institute
公立千歳科学技術大学 / Chitose IST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,X線回折/ X-ray diffraction
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
山中 明生
所属名 / Affiliation
公立千歳科学技術大学理工学部電子光工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
清水 広
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
CT-011：電界放出形走査電子顕微鏡（FE-SEM）
CT-033：X線回折装置（XRD）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
酸化ガリウムGa2O3はバンドギャップ4.5~4.9eVのワイドギャップ半導体であり、大型単結晶が得られること、Siなどのドーピングによりn型化が可能なことから、新しいパワーデバイスに向けた実用化研究が精力的に行われている。
高性能デバイスを目指すうえでバンドギャップの更なる拡大が必要である。ここで燃焼法を利用してGa2O3-Al2O3混晶の作製と結晶構造、およびバンドギャップに対するAlの添加効果を検討した。
実験 / Experimental
燃焼法により粉末・セラミック試料を作製した。硝酸ガリウムと硝酸アルミニウムの粉末を原料を純水に溶解し、適量の尿素水溶液を加えて電気炉中で反応を行った。得られた生成物を電気炉中1500℃で焼成した。得られた粉末試料の表面状態をFE-SEMにより観察し、XRDにより構造解析を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
FE-SEMにより観察したところ、Al仕込量が0～80at.%までは粒径500nm～1000nmほどの粒子が凝集しており、部分的にはβ-Ga2O3特有の劈開面が観察された。Al量が80%以上の試料では粒径が1000nm～2500nmと大きくなる傾向が見られた。この結果から1500倍程度の倍率でも粒が凝集している様子が観察された。1μm～2.5μmほどの粒径であった。80%を境に試料形状に差が見られたので、結晶系の変化が示唆される。
次にXRDにより結晶構造の分析を行った。粗大粒や偏析が生じていないかを確認するため、2次元XRDにより測定を行った。線源はCu-Kα線(1.5418Å)とした。まずAl量0～50%までは特に粗大粒や偏析は確認されず、β-Ga2O3の回折パターンとよく一致することが分かった。Al量60%以上ではα型のピークが見え始め、80%ではβ型とα型の相分離が確認された。さらにAl量を増加させると、87%付近でα型への転移が確認された。以上の結果はFE-SEMによる観察と概ね一致した。今後の方向として粉末試料でのバンドギャップの精密な評価を行っていく。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 燃焼法で作製したβ-Ga2O3（アニール前）のFE-SEM画像
図２ 燃焼法で作製したβ-Ga2O3（アニール後）のFE-SEM画像
図３ 燃焼法で作製したβ-Ga2O3-Al2O3（Al=0~100at%）のXRD
図４ 燃焼法で作製したβ-Ga2O3-Al2O3（Al=80~100at%）のXRD
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件