室温パルスレーザー照射を用いた種々の基板及びバッファ層上における非晶質Ga_2O_3薄膜のエピタキシャル結晶化

摘要

酸化ガリウム(Ga_2O_3)は、α～εの多形をとるワイドギャップ半導体であり、例えば低温・常圧の安定相であるβ-Ga_2O_3はGaNやSiCを上回るバンドギャップ約4.9 eVを有し、高効率パワーデバイスや紫外オプトエレクトロニクスへの応用が検討されているほか、準安定相のε-Ga_2O_3は強誘電性を示すため、HEMT等の高速デバイスへの応用が期待されている。これらのデバイスでは、キャリア移動度向上やリーク電流抑制などの観点から、結晶性に優れ異方性を有するエピタキシャル薄膜が重要であり、作製には 400°Cを超える高温プロセスが必要とされてきた。こうした、高温成膜は粗大な成長粒や、異種材料界面での原子拡散を生じ、積層薄膜における反応層生成など、デバイス形成の課題となる。一方で、我々はこれまでに、格子ミスマッチを低減する NiO バッファ層の導入や、エキシマレーザーアニーリング(ELA)により表面平坦なβ-Ga_2O_3の室温エピタキシープロセスを見出した。ELA プロセスはバンドギャップに応じた光子エネルギーを選択することによる半導体への効率的な吸収と、短パルスによるアニーリングにより、短時間・室温での結晶化を可能とする。本研究では、ELAを用いたGa_2O_3結晶化における構造制御を目的として、基板やバッファ層のGa_2O_3薄膜の結晶成長に与える影響を検討した。