Study of thick GaN crystals with low-dislocation density by the vapor phase epitaxy with an oxide gallium source
Project/Area Number |
20H02639
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上殿 明良 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20213374)
津坂 佳幸 兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (20270473)
河村 貴宏 三重大学, 工学研究科, 助教 (80581511)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
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Keywords | OVPE / GaN / 低転位 / 低抵抗 / 欠陥評価 / 格子定数 / 気相成長 |
Outline of Research at the Start |
窒化ガリウム(GaN)系次世代省エネルギーデバイスを実現するためには低転位GaN単結晶が必要であるが、ウェハを切り出すことのできるバルクGaN単結晶は実現していない。これは、低転位なGaN結晶成長技術は確立されている一方、クラックが発生するという問題からバルクGaN成長技術が未だ確立されていないためである。申請者は酸化ガリウムを原料とする気相成長技術(OVPE法)において、ファセット成長を活用することで酸素濃度が均一になりクラックを抑制可能であることを新たに発見した。当該新OVPE法には多結晶が発生するという問題があったが、本研究では高温成長技術により解決し低転位・厚膜GaN結晶成長を目指す。
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Outline of Final Research Achievements |
The objective of this study is to fabricate high-quality, thick GaN crystals by the oxide vapor phase epitaxy (OVPE) method and to measure the lattice parameter and defect density. By introducing a new hot-wall heater and increasing the amount of Ga source supplied, a high-speed growth rate of 300 um/h was achieved, and the problem of large pits was successfully suppressed. In the case of using a local heating system, a growth rate of 500 um/h was also achieved under high hydrogen concentration and high VIII ratio conditions. The lattice constant in the a-axis direction did not expand as much as expected despite the high oxygen impurity concentration, and epitaxial growth could be performed without any problem.
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現在、厚膜成長技術の主流として用いられているハイドライド気相成長(HVPE)法では結晶成長速度が200 μm/hと大きいのが特徴であるが、局所的な高酸素濃度領域を起点としてクラックが度々生じることが報告されているのに加え、転位密度は種結晶に依存する。一方、OVPE法は、ファセット成長により種結晶から転位密度が減少する機構を有している。また、酸素不純物が成長面に依存せず全面に含まれており、クラックが発生しづらいことから厚膜のバルクGaN結晶を安定的に供給できる可能性がある。本手法により低転位GaNウェハが安価で入手可能になり、GaN系デバイス分野の研究も飛躍的に進展することが期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(30 results)
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[Journal Article] Effect of additional N2O gas on the suppression of polycrystal formation and high-rate GaN crystal growth by OVPE method2022
Author(s)
Ayumu Shimizu, Akira Kitamoto, Masahiro Kamiyama, Shintaro Tsuno, Keiju Ishibashi, Shigeyoshi Usami, Masayuki Imanishi, Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Tomoaki Sumi, Junichi Takino, Yoshio Okayama, Masahiko Hata, Masashi Isemura, Yusuke Mori
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Journal Title
Journal of Crystal Growth
Volume: 581
Pages: 126495-126495
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] High-rate OVPE-GaN crystal growth at a very high temperature of 1300℃2022
Author(s)
Ayumu Shimizu, Shigeyoshi Usami, Masahiro Kamiyama, Itsuki Kawanami, Akira Kitamoto, Masayuki Imanishi, Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Masahiko Hata, Masashi Isemura, Yusuke Mori
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 15
Issue: 3
Pages: 035503-035503
DOI
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Peer Reviewed
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[Presentation] Fabrication of OVPE-GaN substrate with low absorption coefficient by defect suppression for laser slicing2021
Author(s)
Hiroaki Mifune, Shigeyoshi Usami, Masahiro Kamiyama, Masayuki Imanishi, Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Tomoaki Sumi, Junichi Takino, Yoshio Okayama, Masahiko Hata, Masashi Isemura and Yusuke Mori
Organizer
The 40th Electronic Materials Symposium (EMS-40)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] レーザースライスに向けたOVPE-GaN基板の着色低減及び電気特性評価2021
Author(s)
三船 浩明, 宇佐美 茂佳, 神山 将大, 今西 正幸, 丸山 美帆子, 吉村 政志, 隅 智亮, 滝野 淳一, 岡山 芳央, 秦 雅彦, 伊勢村 雅士, 森 勇介
Organizer
第82回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] 超低核生成頻度条件での多結晶抑制による低転位バルクOVPE-GaN結晶の高速成長2021
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清水歩, 宇佐美茂佳, 櫻井悠貴, 川波一貴,今西正幸, 丸山美帆子, 吉村政志, 隅智亮, 滝野淳一, 岡山芳央, 秦雅彦, 伊勢村雅士, 森勇介
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第13回ナノ構造エピタキシャル成長講演会
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[Presentation] N2Oガスを三属供給源に用いたOVPE法によるGaN結晶成長2020
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川波一貴, 清水歩, 神山将大, 北本啓, 宇佐美茂佳, 今西正幸, 丸山美帆子, 吉村政志, 隅智亮, 滝野淳一, 岡山芳央, 秦雅彦, 伊勢村雅士, 森勇介
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第3回結晶工学ⅹISYSE 合同研究会
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[Presentation] N2Oガス添加によるOVPE-GaN結晶の高速厚膜化の実現2020
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清水歩, 神山将大, 北本啓, 宇佐美茂佳, 今西正幸, 丸山美帆子, 吉村政志, 隅智亮, 滝野淳一, 岡山芳央, 秦雅彦, 伊勢村雅士, 森勇介
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