低転位バルクGaN単結晶実現に向けた新規気相成長技術の研究

• Project/Area Number: 16H05980
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Crystal engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 今出 完 大阪大学, 工学研究科, 助教 (40457007)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥25,090,000 (Direct Cost: ¥19,300,000、Indirect Cost: ¥5,790,000); Fiscal Year 2018: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2017: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2016: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: 結晶成長 / 窒化ガリウム / OVPE / 酸化ガリウム

Outline of Annual Research Achievements

酸化ガリウム（Ga2O）をGa源としたGaN結晶成長法（OVPE法）は，排気系を詰まらせる副生成物が生成しないため原理的に長時間の連続成長が期待できる方法である．長時間成長に向けた課題は，ノズル部，および基板ホルダー部における多結晶生成の抑制であるが，H28年度の成果より，ノズル部においてはシールドガスの導入により多結晶生成が抑制された．そこでH29年度は（１）基板ホルダー部の多結晶生成を抑制するため，各種ガス条件を検討したので報告する．加えて，新たに多結晶生成の原因となる（２）H2Oを低減できる炭素吸着法を開発した．
（１）については，基板上での核発生を抑制することが重要であるが，核発生頻度を決めるパラメータである過飽和比（σ＝（Ga2O供給分圧P0）/（Ga2O平衡分圧Pe））に着目した．従来の過飽和比(σ＝140)に対し低過飽和比（σ<10）の条件で結晶育成を実施したところ，成長膜上に堆積する多結晶密度が大幅に減少し，5時間の成長においても成長速度の低下，および結晶性の低下は起こらなかった．
（２）について，OVPE法では，原料部で副生するH2Oも多結晶生成要因の一つであるが，H29年度は，H2O分圧を低減する手法として，新たに炭素吸湿法を開発した．本手法では，炭素，もしくはメタンガスを導入することで，H2O分圧の低減が可能であり，それにより5時間以上の長時間成長においても多結晶化が大幅に抑制されることが明らかになった．
以上の結果より，低過飽和比条件と，炭素吸湿法を組み合わせることで，多結晶生成を抑制しながら約400μm61549;mの厚膜GaN成長(10時間)に成功した．現状では，設備的な制約で成長時間が最長10時間に限定されているが，本年度の成果によれば，更なる長時間成長により1mm厚のGaN成長が期待される．

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] OVPE法による長時間厚膜GaN成長に向けた多結晶生成の抑制 (2017)
  • Author(s): 郡司 祥和、山口 陽平、谷山 雄紀、北本 啓、今西 正幸、今出 完、伊勢村 雅士、森 勇介
  • Organizer: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県，横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] "Improvement of GaN crystallinity in OVPE growth using carbothermal reduction of Ga2O3," (2017)
  • Author(s): Yohei Yamaguchi, Shintaro Tsuno, Keiju Ishibashi, Hirokazu Gunji, Hiroya Kobayashi, Norifumi Murashima, Takahiro Oshiba, Yuki Sakamoto, Akira Kitamoto, Masayuki Imanishi, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Masashi Isemura, Yusuke Mori
  • Organizer: 36th Electronic Materials Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "Effects of NH3/H2 ratio on the polycrystal formation during GaN growth using OVPE method," (2017)
  • Author(s): Shintaro Tsuno, Hirokazu Gunji, Yohei Yamaguchi, Keiju Ishibashi, Akira Kitamoto, Masayuki Imanishi, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Masashi Isemura, Tomoaki Sumi, Junichi Takino, Yoshio Okayama, Masaki Nobuoka, Yusuke Mori
  • Organizer: 36th Electronic Materials Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "Growth of GaN crystals by OVPE method with a three-layer frow gas injection reactor," (2017)
  • Author(s): Keiju Ishibashi, Hiroya Kobayashi, Takahiro Oshiba, Shintaro Tsuno, Hirokazu Gunji, Yohei Yamaguchi, Akira Kitamoto, Masayuki Imanishi, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Yusuke Mori
  • Organizer: 36th Electronic Materials Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "Suppression of polycrystalline formation during thick-GaN growth by Oxide Vapor Phase Epitaxy, (2017)
  • Author(s): Hirokazu Gunji, Yohei Yamaguchi, Yuki Taniyama, Akira Kitamoto, Masayuki Imanishi, Mamoru Imade, Masashi Isemura, Yusuke Mori
  • Organizer: The 5th International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Appilications (LEDIA '17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "Effect of H2 carrier gas on the growth of thick GaN layers by Oxide Vapor Phase Epitaxy," (2017)
  • Author(s): Hirokazu Gunji, Yohei Yamaguchi, Keiju Ishibashi, Shintaro Tsuno, Akira Kitamoto, Masayuki Imanishi, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Masashi Isemura, Yusuke Mori
  • Organizer: 36th Electronic Materials Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "OVPE法を用いたGaN成長におけるNH3/H2比の多結晶形成への影響" (2017)
  • Author(s): 津野 慎太郎、郡司 祥和、山口 陽平、石橋 桂樹、北本 啓、今西 正幸、今出 完、吉村 政志、伊勢村 雅士、隅 智亮、滝野 淳一、岡山 芳央、信岡 政樹、森 勇介
  • Organizer: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [Presentation] "OVPE法によるバルクGaN結晶成長技術の現状と展望" (2017)
  • Author(s): 滝野 淳一、隅 智亮、岡山 芳央、信岡 政樹、北本 啓、今出 完、今西 正幸、吉村 政志、森 勇介
  • Organizer: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [Presentation] "OVPE法における三層流炉を用いたGaN結晶育成" (2017)
  • Author(s): 石橋 桂樹、大芝 啓嘉、小林 大也、津野 慎太郎、郡司 祥和、山口 陽平、北本 啓、今西 正幸、今出 完、伊勢村 雅士、吉村 政志、森 勇介
  • Organizer: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [Presentation] "OVPE法によるGaN厚膜成長に向けた原料利用効率の改善" (2017)
  • Author(s): 郡司 祥和、山口 陽平、石橋 桂樹、津野 慎太郎、北本 啓、今西 正幸、吉村 政志、今出 完、伊勢村 雅士、森 勇介
  • Organizer: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [Presentation] "OVPE法によるGaN厚膜成長に向けた寄生成長の抑制" (2017)
  • Author(s): 郡司 祥和、山口 陽平、石橋 桂樹、津野 慎太郎、北本 啓、今西 正幸、吉村 政志、今出 完、伊勢村 雅士、森 勇介
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会、
• [Presentation] "第一原理計算を用いたOVPE成長中の半極性GaN表面構造の解析" (2017)
  • Author(s): 河村 貴宏、北本 啓、今出 完、吉村 政志、森 勇介、森川 良忠、寒川 義裕、柿本 浩一
  • Organizer: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [Presentation] Study on Reduction of H2O in OVPE Process for Improving GaN Crystallinity (2016)
  • Author(s): Yohei Yamaguchi, Hirokazu Gunji, Yuki Taniyama, Akira Kitamoto, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Masashi Isemura, Yusuke Mori
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN2016)
  • Place of Presentation: Florida, USA
  • Year and Date: 2016-10-05
• [Presentation] "Growth of GaN layers using Ga2O vapor synthesized from Ga and H2O (2016)
  • Author(s): Yohei Yamaguchi, Yuki Taniyama, Akira Kitamoto, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Masashi Isemura, Yusuke Mori
  • Organizer: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE18)
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2016-08-11