【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24AE0008

利用課題名 / Title

Ga₂O₃系酸化物半導体の固溶体形成と表面処理による電子物性制御に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

硬X線光電子分光,固溶体,ドーピング,酸化物半導体,コンビナトリアル手法,酸化物トランジスタ

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)

長田 貴弘

所属名 / Affiliation

物質・材料研究機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

山下 良之,小川 健太,渡邉 允晴,市川 龍斗

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

小畠 雅明

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AE-008：硬X線光電子分光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

我々はこれまでにGa₂O₃-In₂O₃の固溶体薄膜で欠陥制御と伝導性制御を実施してきた。今回は、β-Ga₂O₃結晶構造を有する固溶体形成に加えてドナー制御を目的として固溶体へのNb添加による価電子帯と結合状態の変化の評価を硬X線光電子分光法(HAXPES)で実施しNb濃度に依存した価電子帯近傍の変化とバンドギャップの変化を確認した。

実験 / Experimental

実験では、組成の変化に対して系統的に価電子帯と欠陥構造の関係を検討するために、コビナトリアルレーザーアブレーション法を用いてNb濃度を連続変化した(Ga_xIn_1-x)₂O₃固溶薄膜試料を作製し、BL22XUのHAXPES装置を用いて、価電子帯近傍と結合状態スペクトル評価を実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

図1に価電子帯スペクトルのNb組成依存性を示す。Nb添加量の増加とともに価電子帯上端の電子状態が顕著に増加することが確認された。これに対応し、バンドギャップの減少とフェルミ位置のシフトが確認された。一方でNb濃度が4wt%前後でピークシフトの傾向変化が見られ抵抗率が高抵抗になり、シフト量が飽和する変化を示した。これはNbのサイト置換と活性化に変化が生じていると考えられ、電気計測により、より詳細な電子状態との関連の検討を進めている。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 x wt%Nb-(Ga_0.9In_0.1)₂O₃ (x=0~10)薄膜試料のフェルミ準位(0 eV)近傍の価電子帯スペクトル.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・参考文献　T. Nagata et al., ACS combi. Scie. 22, (2020) 433.

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