| Project/Area Number |
23K13672
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大西 一生 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任助教 (90963306)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | GaN / ハライド気相成長法 / 窒化ガリウム / 半導体 / 結晶成長 / p型 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代パワーデバイスとして有望視されているGaNの物性解明やデバイス性能の向上には高品質なGaN基板が求められる。しかしながら、その伝導型は不純物添加によるn型と半絶縁に限られており、p型GaN基板は実現されていない。本研究では、p型GaN基板の実現に向けて、厚膜成長および不純物添加に適したハライド気相成長(HVPE)法に着目した。HVPE成長条件の探索と作製したp型GaN厚膜の特性を精密に調べることによって、p型GaN基板の実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、p型GaN自立基板実現に向けた結晶成長装置のセットアップを中心に取り組んだ。使用してきたHVPE装置は膜厚の面内分布が悪く、厚膜成長が困難だった。そのため、装置改良に取り組み成長膜厚の面内分布の改善に取り組んだ。その結果、約60 um/hの成長速度において、2 inchウェハ内の面内均一性が良好な結晶を成長させることができた。p型GaNの成長温度依存性を調べたところ、成長温度が低下するにつれ電気的特性が悪化していることが分かった。成長温度の低下につれ、ドナー性欠陥の密度が増加したと考えられる。
一方、p型GaN成長時に蓄えた熱力学解析と成長条件のノウハウを活かして、新奇ドーパントであるSnを用いた高濃度n型ドーピングを試みた。熱力学解析からSnCl2がSn前駆体として有効であることを見出し、SnとHClガスの化学反応によって、SnCl2を生成しドーピングを行った。GaN成長温度の低下に伴い、Sn濃度の取り込み効率が増加し、2E20 cm-3のキャリア密度を有する高濃度Sn添加GaN厚膜が得られた。また、Sn濃度はSnへのHCl供給分圧によっても制御でき、これは熱力学解析結果と矛盾しないことも確認した。さらに、SnはGaN成長においてサーファクタントとして働くことを見出し、低成長温度域においてもSnのサーファクタント効果によって、結晶性が損なわれないことを確認した。これらの知見はSnがGaNへ有効なn型ドーパントとして働くことを示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は結晶成長装置の改良に時間を要したため、p型GaN厚膜の成長条件の探索を十分に行うことができなかった。よって、やや遅れていると判断した。しかしながら、装置の改良によって膜厚の面内均一性が向上し、60 um/hでの成長速度において膜厚の面内均一が良好な成長条件を得ることができた。そのため次年度はp型GaN厚膜の成長条件探索やその評価に集中でき、課題達成に向けて邁進できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、改良したHVPE装置を用いたp型GaN厚膜成長を実施する。特にGaCl供給分圧、NH3供給分圧、および、H2供給分圧に対するp型GaNの構造的特性、光学的特性、および、電気的特性をそれぞれ調査し、成長条件の探索を行う。加えて、熱力学解析を用いた理論的アプローチも組み合わせる。また、p型活性化のために必須となる活性化アニール条件も調査し、高キャリア密度を有するp型GaN厚膜の作製を試みる。
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