2018 Fiscal Year Annual Research Report
High speed growth of high quality, ultra-thick gallium nitride crystal using newly developed source materials
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16K04945
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
村上 尚 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 窒化物半導体 / エピタキシャル成長 / ワイドバンドギャップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過年度の研究により、成長温度の高温化により成長速度の上限値を拡大することが可能であることが明らかとなったため、１３００℃を超える高温での超高速成長を達成するための成長条件探索、GaN結晶の線欠陥、点欠陥(不純物含む)の解析、２インチ径種結晶(サファイアor GaN基板)上へのバルクGaN結晶成長及び評価を検討した。
これまでに既に判明してるように、高温成長においては結晶品質の劣化なしに成長速度を増加させることができ、１４００℃においては３００μm/hを超えるGaN結晶成長が可能である。一方で、成長温度を増加させた際には、種結晶基板裏面(+c面)の分解・劣化が顕著に生じ、大きな問題となった。その対策として、裏面を高温耐性のある材料で保護し劣化を抑えることに成功した。さらに、２インチ径での均一な結晶成長実現のため、熱流体シミュレーションを併用しつつ、ガス供給方法を最適化し、面内分布の比較的少ないGaN結晶の成長を可能とした。一方で、最終目標とした、３mm/h以上の成長速度は達成されず、これは成長速度増加に必須の成長温度増加(１４５０℃以上)における裏面劣化対策が未達のためである。
最終的に、（０００２）面X線回折ロッキングカーブ半値幅値として８０arcsec以下(種結晶GaN基板)の結晶が高い成長速度で得られることが明らかとなった。次のステップとして、種結晶基板の裏面保護の更なる最適化を実施し、１５００℃を超える温度においても安定的に成長を可能とすることが必要であり、本研究で原理実証した成長温度と成長速度が結晶品質に与える影響に関する知見を有効活用できることが期待される。これにより、３mm/h以上の成長速度が達成され、GaN基板製造コストの低減に寄与するものと考える。
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