2021 Fiscal Year Annual Research Report
Growth of a thick GaN crystal with extremely low resistivity by the OVPE method
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20H00352
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
森 勇介 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90252618)
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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)
酒井 朗 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20314031)
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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| Keywords | GaN / OVPE / 低抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
OVPE法で問題となる多結晶の要因である酸化ガリウムは低温で生成しやすいため、高温成長において多結晶を抑制可能であることを新たに見出した。加えて、格子定数が減少している知見も得られていることから格子定数の拡大抑制も期待できる。そこで、本研究ではOVPE法の問題点を克服し、低転位かつ厚膜のGaN結晶を作製することを目的としている。また、当該GaN結晶上にデバイスを作製し、これまで転位の影響で知ることが困難であった真のデバイス特性を明らかにする。R3年度はホットウォールヒーターを活用することによる0.5mm以上の厚膜成長、低転位減少機構を制御可能なパラメータの模索、高酸素含有状態における格子定数測定に取り組んだ。また、デバイス作製に向けたエピタキシャル成長も行い、低転位種結晶品質の維持が可能か検討を行った。
R3年度はホットウォールヒーターを用いて高速成長に取り組んだ結果、200um/hの成長速度で種結晶の品質を引き継いだ結晶を得ることに成功した。従来の成長温度1250℃から1300℃まで結晶成長の温度を上げることで、多結晶の大幅な抑制にも成功した。多結晶を抑制したことにより厚膜成長も可能になり、厚さ1mm以上の結晶を得ることにも成功した。
低転位化を目指したピットサイズ形状制御のため、Ⅴ族/Ⅲ族比の検討も行った。従来のガス条件に比べてアンモニア流量の小さい低ⅤⅢ族比条件にすることでピットが増大する傾向になることを見出した。また、MOCVDによるエピタキシャル成長を行った結果、エピ膜において一度収束した転位が増加することも分かった。
格子パラメータの評価として、高温で作製した結晶及び低温で作製した結晶の曲率半径をX線回折測定により評価した。1300℃で作製したGaN結晶は種結晶に比べて凹形状の反りが増大する傾向にあり、1200℃での凸形状化と逆の傾向を示していた。
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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
R3年度において多結晶を抑制し、1mm以上の結晶が得られたことは想定以上の成果である。一方、デバイス作製に向けたエピタキシャル成長過程では、転位の増大という想定外の問題も生じたが、研究開発全体としては概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
R4年度はガリウム源の供給量も注目し、成長速度制御によるピットサイズ制御の可能性についても模索する。今後は、ピットの形状制御にも注目し、ピットサイズのみならず転位が収束しやすい条件を明らかにする。R3年度の取り組みでMOCVDによるエピタキシャル成長膜においてモルフォロジーの悪化や、一度基板で収束した転位を起点にエピ層で転位が増加することが明らかになった。今後は転位が増大する基となった転位の種類や構造、モルフォロジー悪化の原因になる不純物や格子パラメータを探索していく。
また、格子定数についても実際に放射光X線による逆光子マッピング測定やラマン分光を用い、明らかにする。点欠陥についても引き続き、第一原理計算や陽電子対消滅測定を用いて調査していく。最後には実際にPNDを作製し、低転位密度のGaN結晶を用いる優位性についても検証する。
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