2019 Fiscal Year Annual Research Report
固体塩化物を用いた気相法によるⅢ族窒化物擬似基板及びデバイスの単一プロセス作製
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19H02614
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 結晶成長 / トリハライド / 低転位 / 加工サファイア基板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、結晶の成長速度が極めて大きいトリハライド気相成長(THVPE)法の優位点と、デバイス作製の主力手法である有機金属気相成長(MOVPE)法の概念を取り入れた固体ソースTHVPE法を提案し、GaN種結晶基板作製のための高速成長モードとGaN/AlGaN系デバイス作製のための超低速成長モードとを同時に達成する手法を確立することを目指した。H31/R1年度においては、固体ソースTHVPE装置の装置改良を実施するとともに、窒化ガリウム結晶成長の実証、加工サファイア基板上高品質GaN結晶成長の実証実験を行い、目的である擬似GaN基板作製の可能性を見出す成果をあげた。具体的には、THVPE成長における成長条件(GaCl3供給濃度、NH3濃度、ガス総流量、成長温度)と成長速度との関係を体系的に調査し、実用的に採用できる成長速度にて結晶品質の劣化なく成長できる条件を明らかにし、安定的なGaN高速結晶成長の可能性を見出した。さらに、加工サファイア基板上GaN選択核形成条件を探索し、成長温度および原料供給量の組み合わせによる低転位化(低欠陥化)の指針を得ることができた。次年度以降、種々の加工サファイア基板上の成長を検討し、効率的な転位消滅の可能性を探索するとともに、GaN結晶の厚膜化および低転位化のための条件探索を行う。結晶評価として、成長した結晶の転位伝搬挙動を多光子励起フォトルミネッセンス法にて詳細な解析を行っていく予定である。
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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
固体ソースTHVPE法によるGaN結晶成長での懸案事項は、原料供給系(ステンレス配管、バルブ、反応管)への原料固着、閉塞であるが、装置周辺部材の選定を工夫し、原料供給系の加熱処理(恒温化)により、問題なく運用できた。これにより、安定的なGaN結晶成長が達成され、さらには、加工サファイア基板上でのGaN選択成長条件の探索がスムーズに行われた。加工サファイア基板上のGaN成長では、選択成長が達成される条件が限られており、本研究では成長温度および三塩化ガリウム原料供給濃度の最適化を行い、従来よりも高温(1100℃以上)で成膜を行うこと、成長初期における原料供給濃度の低減化により達成できることを見出した。加工サファイア基板上へのGaN選択成長が安定的に可能となったことから、結晶の低転位化の道筋が示され、今後様々な種類の加工サファイアを検討することで目的の擬似GaN基板が達成できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H31/R1年度に加工サファイア基板上でのGaN選択成長が達成されたことから、GaN結晶の低転位化に取り組む。具体的には現行の加工サファイア基板上でのGaN成長モード(二次元成長および三次元成長の制御)制御を試み、効率的に転位が消滅する手法を確立する。また、種々の加工サファイア基板上の成長も検討し、効率的な転位消滅の可能性を探索する。
成長させたGaN結晶の転位伝搬挙動をR2年度に整備する多光子励起フォトルミネッセンスにて評価を行い、転位消滅メカニズムを明らかにし、成長実験にフィードバックする。
一方、固体ソースTHVPE法によるGaN成長過程(メカニズム)に関して検討を深める必要があることから、GaCl3とNH3の気相中および固体表面での反応過程を調査する。従来のTHVPE成長装置では、金属ガリウムと塩素を二段階で反応しGaCl3を発生する機構を用いることから、「本当に100%の収率でGaCl3が原料部で生成しているのか？」という疑問に対し、実証する術がなく、THVPE法によるGaNの反応・生成機構も不明な点が多かった。本研究では固体GaCl3を用いる利点を活かし、GaNの反応・生成機構の解明に迫っていく。
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Research Products
(32 results)
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[Presentation] Vertical Ga2O3 Schottky Barrier Diodes with Guard Ring Formed by Nitrogen-Ion Implantation2019
Author(s)
Chia-Hung Lin, Yohei Yuda, Man Hoi Wong, Mayuko Sato, Nao Takekawa, Keita Konishi, Tatsuro Watahiki, Mikio Yamamuka, Hisashi Murakami, Yoshinao Kumagai, and Masataka Higashiwaki
Organizer
Compound Semiconductor Week 2019 (CSW 2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Growth of Gallium Oxide by HVPE2019
Author(s)
Y. Kumagai, K. Konishi, K. Goto, H. Murakami, A. Kuramata, S. Yamakoshi, B. Monemar, and M. Higashiwaki
Organizer
2019 International Workshop on Gallium Oxide and Other Related Materials (IWGO 2019)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Comparison between lateral and vertical Ga2O3 isolation structures2019
Author(s)
C. De Santi, A. Nardo, M. H. Wong, K. Goto, A. Kuramata, S. Yamakoshi, H. Murakami, Y. Kumagai, M. Higashiwaki, G. Meneghesso, E. Zanoni, M. Meneghini
Organizer
2019 International Workshop on Gallium Oxide and Other Related Materials (IWGO 2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Impact of electron-beam irradiation on the performance of β-Ga2O3 Schottky barrier diodes2019
Author(s)
C.-H. Lin, A. Takeyama, M. Sato, N. Takekawa, K. Konishi, Y. Yuda, T. Watahiki, M. Yamamuka, H. Murakami, Y. Kumagai, T. Ohshima, and M. Higashiwaki
Organizer
2019 International Workshop on Gallium Oxide and Other Related Materials (IWGO 2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Phonons, free charge carriers, excitons and band-to-band transitions in beta Ga2O3 and related alloys determined by ellipsometry and optical Hall effect2019
Author(s)
M. Schubert, A. Mock, S. Knight, M. Hilfiker, M. Stokey, V. Darakchieva, A. Papamichail, R. Korlacki, M.J. Tadjer, Z. Galazka, G. Wagner, N. Blumenschein, A. Kuramata, K. Goto, H. Murakami, Y. Kumagai, M. Higashiwaki, A. Mauze, Y. Zhang, and J. S. Speck
Organizer
Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors 2019
Int'l Joint Research / Invited
