低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づく

イノベーション政策立案のための提案書

国立研究開発法人科学技術振興機構低炭素社会戦略センター

Proposal Paper for Policy Making and Governmental Actiontoward Low Carbon Societies

次々世代ワイドギャップ半導体酸化ガリウムのデバイス実用化へ向けた技術的課題の調査

Survey of Technological Issues in Device Fabrications Processes for Gallium Oxide as a Next-Generation Widegap Semiconductor

令和2年 2月

LCS-FY2019-PP-09

国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書次々世代ワイドギャップ半導体 酸化ガリウムのデバイス実用化へ向けた技術的課題の調査　　　　令和 2 年 2 月

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書

次々世代ワイドギャップ半導体 酸化ガリウムのデバイス

実用化へ向けた技術的課題の調査 令和 2 年 2 月

1

概要

の イ 半導体デバイス材料として 目 る酸化ガリウム Ga2O3 は、低

造 ス であり が Si る で する けで 、 デ

バイス材料として実用化が る。 のデバイス 造のための 要素 スは、Ga2O3 の

化 的反応性や 的 性 して する とが 欠である。 では、

の スや加 ス、 に 絶縁膜材料の に Ga2O3への お

MOS デバイス特性への に て し、 ス開発のための課題の た。 今後、Ga2O3デバイスの実用化の加速のために、Ga2O3の電子構造や、結晶中での欠陥形成と電

子物性の相関の解明、また Ga2O3表面や絶縁膜材料との界面近傍で生じる反応の解明等に着目し

た研究の推進が必要である。

Summary Gallium oxide (Ga2O3) is a next-generation widegap semiconductor seen as a candidate power device

material than can make higher energy efficiency devices with lower production cost, as well as very high voltage operating devices. Each element process for device fabrication should be carefully designed by choosing the appropriate process conditions taking account of the chemical reactivity and thermal stability of Ga2O3. In this report the influences of chemical cleaning processes and thermal annealing processes, as well as the selection of gate dielectric materials on Ga2O3 properties and MOS device characteristics were investigated to identify the technological issues that may arise in the Ga2O3 device process development.

For further development of the industrial processes of Ga2O3 devices, it is important to accelerate the researches for understanding of the issues including the electronic structure of Ga2O3, the relationship between the defect formation and the electronic properties of Ga2O3, and the reactions at the surface of Ga2O3 or near its interface with dielectric materials.

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2

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2

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次々世代ワイドギャップ半導体 酸化ガリウムのデバイス

実用化へ向けた技術的課題の調査 令和 2 年 2 月

次

要

1. 酸化ガリウムの低炭素社会実現に向けて る .............................................................. 1 1.1 半導体に る デバイスお 電 ス ムの 化の .............. 1 1.2 酸化ガリウムの特 と開発 の 要 ........................................................................................ 1

2. 酸化ガリウムのウ 表面に する スの ...................................................................... 1 2.1 酸化ガリウムウ に する化 スの 用性 ........................................................ 1 2.2 酸化ガリウムウ に する加 スの 用性 ................................................................ 3

3. 酸化ガリウムの MOS デバイスに 用 スの ........................................................ 4 3.1 絶縁膜材料の と SiO2-Ga2O3 、Al2O3-Ga2O3 の 的特 ......................... 4 3.2 酸化ガリウム MOS デバイスへの 1,000℃の の 性 ....................................................... 6

4. まとめ .................................................................................................................................................... 7 5. 政策立案のための提案 ......................................................................................................................... 8

..................................................................................................................................................... 8

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1

1 . 酸化ガリウムの低炭素社会実現に向け

1 . 1 次々世代半導体に ワ デバイス ス ムの 化の 低炭素社会実現のための電 用 の向上には 性 デバイスの が欠

。 の電 化は や 電 ス ムにおける電 の 要 る と

が ま る 、 生 る電 の や の 要が

ま て る。 の電 における の低 のためには、 デバイス の

リ Si 用 るデバイス イ 半導体 用 た のへ る技術に

がで る。 に 半導体として リ バイ SiC や 化ガリウム GaN の

が 実 て るが、 にバ が 半導体であり、 低 ス での

造の 性が る 半導体の が酸化ガリウム Ga2O3 である[1,2]。 にデバイ

ス応用のための研究が で加速しており、SiC の の 上 る基 特性

バリ イ [3]や、 MOSFET の実 [4]が ま て る。

1 . 2 酸化ガリウムの の概要[ 1 ] Ga2O3の結晶構造の 、 相 -Ga2O3 は低 における 相であり、バ

は 4.5 4.9 と [2,5]、 の半導体材料の絶縁 電界 上 る 電界 で す

るために、 構造 形成するのに と る。 1 の 特 は、 で 1,800 近

に ためにバ 結晶の 成 が であり、 結晶の 成が 的 に

る とである[6]。特に EFG edge-def ined growth では に 6 イ のウ 造技術の

立が て る。また、デバイス形成のためには リ した

成 技術 要 るが、特に イ 相 着 HVPE に て m/ hr の 的 速

成 [7]や、Si に る での n の が 立 て る。 で、

Ga2O3 は 的に p 導が実現 である がデバイス構造 する での と

る。p 導の し は り し て るが[8]、 近に て 子 に する 素

す p 導 発現 との に る [9] 発表 る 、 の が

る。

2 . 酸化ガリウムのウ に プ スの

半導体ウ としての 用のためには の要素 ス技術の 立が欠 が、 の

Si の半導体のために開発 た ス のまま 用する とはで 。Ga2O3 の酸化

物としての物性に する特 の課題として、特に化 的反応性 的 性等 した

ス の が必要と る。 2. 1 酸化ガリウムウ に 化 プ スの 用 半導体ウ の表面 のための化 には 酸 がし し 用 る。Ga2O3 の

の に する化 的 性としては、表 1 [10]お [11] 基に 成 の に

て る。リ 酸、 酸、 酸は では反応性は低 のの、加 して リ 酸や

酸、 酸とする とで 速 解が生じる。また 酸は にお て 反応性が 。

中で ウ に する として、Si ウ には 酸や 酸は 的に用 ており、

酸に 酸化 素 した SPM や、 た 酸 DHF 、 酸と

化 ウム 解した 酸 BHF が て る。Ga2O3ウ

スに の の半導体 用で ると が 。実 に までの Ga2O3

デバイス研究にお て の 、 の の が 用 て る。

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に G a 2 O 3 の ッ の [ 1 0 , 1 1 ]

ッ

8 5 % H 3 P O 4 ( 1 0 0 ) 1 0 0 3 n m / m i n

1 9 0 6 5 0 n m / m i n

9 7 % H 2S O 4 ( 1 0 0 ) 1 0 0 0 . 2 n m / m i n

1 7 0 1 0 0 n m / m i n

6 0 . 5 % H N O 3 ( 1 0 0 ) 1 20 8 7 n m / m i n

4 7 % H F ( 1 0 0 ) 5 9 n m / m i n

( 0 0 1 ) 3 1 n m / m i n

20 % N a O H ( 1 0 0 ) 5 . 2 n m / m i n

で -Ga2O3の表面に する SPM お DHF の 子 AFMに り した。HVPE 成 た n ~ 5×1016cm-3 の する

-Ga2O3(001)ウ 、 酸 98% 酸化 素 30% 4 1 で し、150 に加 し

た の SPM に 5 、お 酸 5% DHF 中に 10 し、

イ ですす 。 酸に ては表 1 とは 、 的 半導体 スで 用

る に して用 て る。 1 は SPM での のウ 表面 a と、 SPMの に DHF での して たウ 表面 b の AFM である。 1 a の

に SPM に る 5 の には、 には た規 的 が 化

しており、 向の 的 が生じて ると る。 スの

RMS は 0.3 nm と り、 がやや て る。 SPM に DHF10 と、 子 で 化した表面と り、 ス RMS は 0.1 nm である。 の半

導体 スとの 性の 酸は表面 の と る。表 1 で

は 酸が Ga2O3 解し とが示 て るが、5% まで した であ

は 、 表面 る スとして である。特に SPM と DHF して

スであ 、 で 表面の した に で 表面 ると

る。 て の では、 と して 用する SPM DHF ウ と

して 用した。

1 ( a ) 1 50 酸 酸化 素 S P M ( b ) 5% ッ酸 D H F の - G a 2 O 3 ( 0 0 1 ) ウ A F M 5 m ×5 m の

( a ) ( b )

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2. 2 酸化ガリウムウ に プ スの 用 Ga の酸化物には、Ga2O3 の に 発性の 酸化物 Ga2O が する とに が必要

である。Ga2O3の 子 に る成 では、Ga と O の に して Ga2O が現

ると て る[ 12] 。 の の Ga2O3中では 的に酸素 や Ga が

形成 る と で 、加 スにおける の 、特に酸素 の は 要

子と る。 で する -Ga2O3(0 0 1)ウ に の SP M D H Fた 、 での て表面形 の 化 A FM で した。

ま O2 お N 2 中、1,0 0 0 にて 30 の た結 2(a)お (b)に示

す。O2 では 表面形 の 化は が、N 2 では が生じて る。 と

は に 1% H 2 H e 中で 4 0 0 、30 の たと 、低 の加 である

に 関 明 表面 スの が生じた 2 c 。 3 には の での

の表面 ス 、 て した結 まとめた。 の結 は、

の酸素 の での表面の化 的 化は るのに し、酸素 ま

N 2 中の では表面で酸素欠 が生じ 、特に 素の では低 にお て 表面

で が とに て表面形 が 化したと解 で る。 素 用 た 反応 [ 13]や、 用した Ga2O3の 技術が提 る Ga2O3は 素と反応性が 、

表面が ると 的に Ga2O が形成 て 発するために スの と る と

が る。 素 用 た低 は Si デバイスの形成 スの、特に poly-Si 電形成 に 的 の 1 であるの が、Ga2O3 へ 用 は に る必

要がある。 で、Ga2O3は に て の電 導性が 化するとの がある。 O2

中 1,10 0 で の すると導電 が 低 し[ 6 ,14 ] 、 の に で N 2中の加

加して 導電 が に するとの がある[ 6 ] 。 の 構は明 では が、Ga2O3

膜中の Si の 化は酸素 と する とで ており、酸素 の

の低 が リ るとの デ がある[ 14 ] 。 の 的に すると、

にお て酸素 に する とがウ 表面の ス には である 、

酸素 は Ga2O3表面 化 る 性に が必要と ると る。

2 ( a) O 2 1 , 0 0 0 3 0 ( b ) N 2 1 , 0 0 0 3 0 ( c ) 1 % H 2 4 0 0 3 0の - G a2 O 3 ( 0 0 1 ) ウ A F M の 1 ( b )

( c ) ( a ) ( b )

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に G a 2 O 3 の ッ の [ 1 0 , 1 1 ]

ッ

8 5 % H 3 P O 4 ( 1 0 0 ) 1 0 0 3 n m / m i n

1 9 0 6 5 0 n m / m i n

9 7 % H 2S O 4 ( 1 0 0 ) 1 0 0 0 . 2 n m / m i n

1 7 0 1 0 0 n m / m i n

6 0 . 5 % H N O 3 ( 1 0 0 ) 1 20 8 7 n m / m i n

4 7 % H F ( 1 0 0 ) 5 9 n m / m i n

( 0 0 1 ) 3 1 n m / m i n

20 % N a O H ( 1 0 0 ) 5 . 2 n m / m i n

で -Ga2O3の表面に する SPM お DHF の 子 AFMに り した。HVPE 成 た n ~ 5×1016cm-3 の する

-Ga2O3(001)ウ 、 酸 98% 酸化 素 30% 4 1 で し、150 に加 し

た の SPM に 5 、お 酸 5% DHF 中に 10 し、

イ ですす 。 酸に ては表 1 とは 、 的 半導体 スで 用

る に して用 て る。 1 は SPM での のウ 表面 a と、 SPMの に DHF での して たウ 表面 b の AFM である。 1 a の

に SPM に る 5 の には、 には た規 的 が 化

しており、 向の 的 が生じて ると る。 スの

RMS は 0.3 nm と り、 がやや て る。 SPM に DHF10 と、 子 で 化した表面と り、 ス RMS は 0.1 nm である。 の半

導体 スとの 性の 酸は表面 の と る。表 1 で

は 酸が Ga2O3 解し とが示 て るが、5% まで した であ

は 、 表面 る スとして である。特に SPM と DHF して

スであ 、 で 表面の した に で 表面 ると

る。 て の では、 と して 用する SPM DHF ウ と

して 用した。

1 ( a ) 1 50 酸 酸化 素 S P M ( b ) 5% ッ酸 D H F の - G a 2 O 3 ( 0 0 1 ) ウ A F M 5 m ×5 m の

( a ) ( b )

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3 SP M D H F O 2 1 , 0 0 0 N 2 1 , 0 0 0 1 % H 2 4 0 0 の -G a2 O 3 ( 0 0 1 ) ウ の ス R M S の 化 1 m 1 0 m た

3 . 酸化ガリウムの M O S デバイスに 用 プ スの

3 . 1 の S i O 2-G a 2O 3 A l 2O 3 -G a 2O 3 の 的 MOSFET 酸化物 半導体電界 ス の MOS 構造デバイスの

は、半導体上に 絶縁膜と る酸化物 し、 の上に 電 けた ス

構造である。 の では 絶縁膜の材料 に て る。 子 A L D や MOC V D の成膜技術の に り、 的に 用 絶縁

膜材料の は ある。し し が 電子構造の では、 ス 構造中 る

電 リ 電 するために、 4 (a)の の 導 に

で る材料 する必要がある。 は 導 が、電界 加 に電子 す

る としてはた 、リ 電 には の 関 に反 して する 構が 的に現

る とが る である。 4 (b)には 要 絶縁膜材料と Ga2O3 の に る 導

の して示した。た し Si に して で て る 導

の [ 15 ] 基にし が 、Si と Ga2O3の 導 の の 0 .0 5 eV と して

して る。た し、 の の 性には が必要であり、 では -Ga2O3の電子

の 4 .0 ± 0 .0 5 eV [ 16 ] と、Si の電子 4 .0 5 eV との 用 て るが、 A l2O3

用 た のバ の実 として 1.5 eV [ 17 ] との あり、 4 (b)は 1 eVに て る 性が る とに た 。 ではあ て 、

るとおり、 電 が 酸化物はバ が 向があるために 導

低 する。 の中では、SiO2、A l2O3 は 材料と る 、 の の材

料は 導 が で リ 電 が 化する とが る。実 、 -Ga2O3 用 た MOSFET 実 の が A L D での A l2O3 膜 絶縁膜として 用し

て る。SiO2 り 電 A l2O3は、SiO2に て絶縁膜中の電界 て MOSFETの が が、 の で、 導 が SiO2の が リ 電

で る 性がある。実 の は上記の -Ga2O3 導 の の 性、お

実 の絶縁膜の に る。

0 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 2

H 2 4 0 0 ° CN 2 1 0 0 0 ° CO 2 1 0 0 0 ° C

RM

S (n

m)

1 μm 5 μm 1 0 μm

S P M + H F

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4 ( a) G a2 O 3 の に け 導 ッ のイ ( b ) の

のバ ドギャップ の た の た [ 1 5 ] のデ [ 1 6 ] の- G a2 O 3 の 和 の ( 4 . 0 ± 0 . 0 5 e V ) た

で、 絶縁膜の材料 にお ては、絶縁膜と Ga2O3との反応性の 欠 。

半導体と絶縁膜の界面近傍の欠陥 は ス に する 、絶縁膜中に

する欠陥 は絶縁膜 るリ 電 の や 性の で 。し し Ga2O3と絶

縁膜酸化物の界面の反応性が には、Ga の絶縁膜中への や、絶縁膜中 素の Ga2O3中

への の は し 。 5 (a)に示す A l2O3-Ga2O3 の相 [ 18 ] は、 1: 1 で た

A lGaO3 が 相として し、また の 体が 成 で 化する とが

る。 、A l2O3-Ga2O3 界面では加 とと に 酸化物の形成が する とが必 的に

で るため、低 の に した スが必要である。 の 、 5 (b)の SiO2-

Ga2O3 の相 [ 19 ] には、中 成での 相は の 物 に する が る

の である。したが て SiO2 用する には での ると で る。

0 1 0 20 3 0 4 0 5 0 6 0

0

2

4

H f O 2

S i O 2

Z r O 2

S i 3 N 4 Y 2O 3

A l 2O 3

H f S i O 4

L a 2O 3

T a 2O 5 T i O 2

ゲー

ト2O

3

ト (e

V)電

Ga2O3

電極

ゲート絶縁膜

伝導帯オフセット

伝導帯端(EC)

価電子帯端(EV)

（＋） （－）電界の向き

( b ) ( a )

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7

3 SP M D H F O 2 1 , 0 0 0 N 2 1 , 0 0 0 1 % H 2 4 0 0 の -G a2 O 3 ( 0 0 1 ) ウ の ス R M S の 化 1 m 1 0 m た

3 . 酸化ガリウムの M O S デバイスに 用 プ スの

3 . 1 の S i O 2-G a 2O 3 A l 2O 3 -G a 2O 3 の 的 MOSFET 酸化物 半導体電界 ス の MOS 構造デバイスの

は、半導体上に 絶縁膜と る酸化物 し、 の上に 電 けた ス

構造である。 の では 絶縁膜の材料 に て る。 子 A L D や MOC V D の成膜技術の に り、 的に 用 絶縁

膜材料の は ある。し し が 電子構造の では、 ス 構造中 る

電 リ 電 するために、 4 (a)の の 導 に

で る材料 する必要がある。 は 導 が、電界 加 に電子 す

る としてはた 、リ 電 には の 関 に反 して する 構が 的に現

る とが る である。 4 (b)には 要 絶縁膜材料と Ga2O3 の に る 導

の して示した。た し Si に して で て る 導

の [ 15 ] 基にし が 、Si と Ga2O3の 導 の の 0 .0 5 eV と して

して る。た し、 の の 性には が必要であり、 では -Ga2O3の電子

の 4 .0 ± 0 .0 5 eV [ 16 ] と、Si の電子 4 .0 5 eV との 用 て るが、 A l2O3

用 た のバ の実 として 1.5 eV [ 17 ] との あり、 4 (b)は 1 eVに て る 性が る とに た 。 ではあ て 、

るとおり、 電 が 酸化物はバ が 向があるために 導

低 する。 の中では、SiO2、A l2O3 は 材料と る 、 の の材

料は 導 が で リ 電 が 化する とが る。実 、 -Ga2O3 用 た MOSFET 実 の が A L D での A l2O3 膜 絶縁膜として 用し

て る。SiO2 り 電 A l2O3は、SiO2に て絶縁膜中の電界 て MOSFETの が が、 の で、 導 が SiO2の が リ 電

で る 性がある。実 の は上記の -Ga2O3 導 の の 性、お

実 の絶縁膜の に る。

0 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 2

H 2 4 0 0 ° CN 2 1 0 0 0 ° CO 2 1 0 0 0 ° C

RM

S (n

m)

1 μm 5 μm 1 0 μm

S P M + H F

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9

5 の 代 的 酸化 G a2 O 3 の ( a) A l 2 O 3 G a2 O 3 2 [ 1 8 ] R e p ri n t e d w i t h p e rmi s s i o n f ro m V . G . H i l l , R . R o y, an d E . F . O s b o rn , T h e Sys t e m

A l umi n a−G al l i a−W at e r, J o urn al o f t h e A me ri c an C e rami c So c i e t y, 3 5 , 1 3 5 −1 4 2 , C o p yri g h t 1 9 5 2 A me ri c an C e rami c So c i e t y. ( b ) Si O 2 G a2 O 3 2 [ 1 9 ] R e p ri n t e d w i t h p e rmi s s i o n f ro m P . G l as s e r, T h e Sys t e m G al l i um T ri o x i d e −Si l i c a ( G a2 O 3 −Si O 2 ) , T h e J o urn al o f P h ys i c al C h e mi s t ry A ,

6 3 , 2 0 8 5 −2 0 8 6 , C o p yri g h t 1 9 5 9 A me ri c an C h e mi c al So c i e t y. に た

3 . 2 酸化ガリウム M O S デバイスへの 1 , 0 0 0 の の

の ま 、 に SiO2 絶縁膜として ス 構

造 MOS 形成し、 の電 特性 した。 と た -Ga2O3

ウ 上に SiO2 電子 着 にて成膜し、O2 中にて 1,0 0 0 、6 0 の

た。また に表面お 面に 電 着して MOS し、電

電 特性 C -V 特性 した。 の結 6 に示す。 に近 、また欠陥

への電 に が 、また ス リ スの 特性と た

と 、界面欠陥の け MOS と る[ 20 ] 。界面

すると 10 10 10 11cm-2eV -1 と 膜 用 たス としては である と 、

1,0 0 0 で 6 0 と が SiO2/Ga2O3 ス に 題 用で て る とが る。

の Si C MOS スでは 1,0 0 0 の の スが るが、上記の結

は Ga2O3 に して 、絶縁膜材料や酸素 に て 1,0 0 0 の スが

に 用 である と 示して る。た し、2.2 で た酸素中での に る 化

の に ては の が必要である。 には示して が、 N 2に した には、界面に 電 が発生する

とは示 たが、界面 は 化し た。 は、2.2 で た酸素

の は SiO2で表面 とで ており、 表面 スが発生する 化は

化しに て るためと る。

( b )

( a )

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6 Si O 2 用 - G a2 O 3 ウ 1 , 0 0 0 プ スに た M O S ャ の

C - V の実 [ 2 0 ] SP M + D H F Si O 2 の O 2 1 , 0 0 0 1 h r の 用

た 向に ス リ ス

4 . め

イ 半導体 Ga2O3のデバイス ス開発には が必要であるが、

特に の はウ や、 加 の スにお て Ga2O3表面での化 的

反応性や 的 性に した が生じる とが明 と た。 の と Ga2O3の

デバイス ス開発には、 の 解明す 課題が る。

(1) の酸 中での表面化 反応に る 性への に て 酸に る Ga2O3表面 の 構と、 酸 中での 子 化の 構の

解明等、 の り し のための表面化 反応の 解が必要である。

(2) 加 スに る Ga2O3表面物性への に て 加 に Ga2O3表面で すると る酸素欠 に て、酸素 の や

イ 発生等の で、 ス中の酸素や 素の の る の 的 解明が必要

である。 に と表面 化との相関の解明 必要である。

(3) 絶縁膜界面での反応と構造 化に るデバイス特性への に て Ga2O3 上に 絶縁膜 形成した の に 界面構造 化の 解が必要である。ま

た、酸化物 の界面における絶縁体 半導体への に て、Ga2O3 の 化 の

の 性 した MOS の実体の解明が 要である。

(4 ) 絶縁膜材料の と、Ga2O3や ス の電子構造の 解に て Ga2O3 の 導 、 電子 の の や、SiO2、A l2O3等の 絶

縁膜とのバ イ の解明が必要である。 に基 た 絶縁膜材料の

の明 化と リ 電 の 導 構の 要である。

- 3 - 2 - 1 0 1 2 30

20

4 0

6 0

1 M H z

MO

Sキャ

パシ

タ電

気容

量 (n

F/cm

2 )

ゲート電圧 ( V )

1 k H z

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書 次々世代ワイドギャップ半導体 酸化ガリウムのデバイス 実用化へ向けた技術的課題の調査 令和 2 年 2 月

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5 の 代 的 酸化 G a2 O 3 の ( a) A l 2 O 3 G a2 O 3 2 [ 1 8 ] R e p ri n t e d w i t h p e rmi s s i o n f ro m V . G . H i l l , R . R o y, an d E . F . O s b o rn , T h e Sys t e m

A l umi n a−G al l i a−W at e r, J o urn al o f t h e A me ri c an C e rami c So c i e t y, 3 5 , 1 3 5 −1 4 2 , C o p yri g h t 1 9 5 2 A me ri c an C e rami c So c i e t y. ( b ) Si O 2 G a2 O 3 2 [ 1 9 ] R e p ri n t e d w i t h p e rmi s s i o n f ro m P . G l as s e r, T h e Sys t e m G al l i um T ri o x i d e −Si l i c a ( G a2 O 3 −Si O 2 ) , T h e J o urn al o f P h ys i c al C h e mi s t ry A ,

6 3 , 2 0 8 5 −2 0 8 6 , C o p yri g h t 1 9 5 9 A me ri c an C h e mi c al So c i e t y. に た

3 . 2 酸化ガリウム M O S デバイスへの 1 , 0 0 0 の の

の ま 、 に SiO2 絶縁膜として ス 構

造 MOS 形成し、 の電 特性 した。 と た -Ga2O3

ウ 上に SiO2 電子 着 にて成膜し、O2 中にて 1,0 0 0 、6 0 の

た。また に表面お 面に 電 着して MOS し、電

電 特性 C -V 特性 した。 の結 6 に示す。 に近 、また欠陥

への電 に が 、また ス リ スの 特性と た

と 、界面欠陥の け MOS と る[ 20 ] 。界面

すると 10 10 10 11cm-2eV -1 と 膜 用 たス としては である と 、

1,0 0 0 で 6 0 と が SiO2/Ga2O3 ス に 題 用で て る とが る。

の Si C MOS スでは 1,0 0 0 の の スが るが、上記の結

は Ga2O3 に して 、絶縁膜材料や酸素 に て 1,0 0 0 の スが

に 用 である と 示して る。た し、2.2 で た酸素中での に る 化

の に ては の が必要である。 には示して が、 N 2に した には、界面に 電 が発生する

とは示 たが、界面 は 化し た。 は、2.2 で た酸素

の は SiO2で表面 とで ており、 表面 スが発生する 化は

化しに て るためと る。

( b )

( a )

8 国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書次々世代ワイドギャップ半導体 酸化ガリウムのデバイス実用化へ向けた技術的課題の調査　　　　令和 2 年 2 月

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書 次々世代ワイドギャップ半導体 酸化ガリウムのデバイス 実用化へ向けた技術的課題の調査 令和 2 年 2 月

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5. 政策立案のための提案

上記のまとめで示したとおり、Ga2O3 デバイスの実用化の加速のためには Ga2O3 の物性や反応

性に関する基礎的研究、特に Ga2O3の電子構造や、結晶中での欠陥形成と電子物性の相関の解明、

また Ga2O3表面や絶縁膜材料との界面近傍で生じる反応の解明等に着目した研究が必要である。

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低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づく

イノベーション政策立案のための提案書

本提案書に関するお問い合わせ先●提案内容について ・ ・ ・ 低炭素社会戦略センター 特任研究員　喜多　浩之 （KITA Koji）

●低炭素社会戦略センターの取り組みについて ・ ・ ・ 低炭素社会戦略センター　企画運営室　

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次々世代ワイドギャップ半導体酸化ガリウムのデバイス実用化へ向けた技術的課題の調査

令和 2年 2月

Survey of Technological Issues in Device Fabrications Processes for Gallium Oxide as a Next-Generation Widegap Semiconductor

Proposal Paper for Policy Making and Governmental Actiontoward Low Carbon Societies,

Center for Low Carbon Society Strategy,Japan Science and Technology Agency,

2020.2

国立研究開発法人科学技術振興機構　低炭素社会戦略センター