| 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 | Mie University (2024)
Nagoya University (2023) |
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Principal Investigator |
大西 一生 三重大学, 研究基盤推進機構, 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 2024)
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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 |
p型GaNの低抵抗化に向けては、補償ドナー密度の低減が必須である。GaNの有機金属気相成長(MOVPE)法においては、化学ポテンシャル制御に基づいた成長条件を選ぶことが重要であることが報告されている。そこで、本年度は化学ポテンシャル制御法をHVPE法にも適用し、HVPE法においても点欠陥密度制御が可能かどうか、理論的検討を行った。
熱力学解析を用いて成長条件による化学ポテンシャル差を計算したところ、Nリッチ条件である高V/III比条件において、補償欠陥となる窒素空孔密度が低減可能性が予測された。これは、MOVPE法と同じ傾向である。しかしながら、HVPE法においては過飽和度がMOVPE法と比べて低いため、点欠陥密度低減効果はMOVPEと比べて低くなるとも示された。
また、昨年度から新奇Snドーパントを用いたn型GaN自立基板の作製も試みた。GaN自立基板上にHVPE法を用いてSn添加GaNを約280 μm成長させ、成長後下地基板を除去することによって、Sn添加GaN厚膜の自立化を行った。その結果、Sn添加GaNはクラックが生じることなく自立化した。自立化したSn添加GaNの結晶配向性は下地基板の配向性を引き継いでいることも確認した。これは、結晶性の高いSn添加GaN自立厚膜を得られることを示している。さらに、Snをドーピングすることによって、GaNの格子定数が大きくなることも確認された。これはSnのイオン半径に起因した効果とキャリア密度に起因した効果によって説明がつく。一方で、今回得られたSn添加GaN中のキャリア密度は3E19 cm-3程度と目標値(1E20 cm-3程度)と比べて低い。今後はより高濃度にSnドーピングをしたGaN厚膜のHVPE成長を行う必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
p型GaNのHVPE成長において、その成長条件の方向性が示されたため。また、Sn添加GaN自立厚膜を参考として、自立基板化に向けた工程も整ったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である今年度は、p型GaN厚膜の成長、評価に取り組む予定である。特に構造的特性等を中心に評価する予定である。
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