Growth technique of High quality gallium oxide crystal by toxic gas-free OVPE method

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18910
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Imanishi Masayuki 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00795487)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 富樫 理恵 上智大学, 理工学部, 准教授 (50444112) ; 宇佐美 茂佳 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30897947)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 酸化ガリウム / OVPE / 熱力学計算

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study is to realize the epitaxial crystal growth of β-phase gallium oxide (Ga2O3), which is attracting attention as a next-generation power semiconductor, by the oxide vapor phase epitaxy (OVPE) method. The heteroepitaxial growth on c-plane sapphire was attempted, and (-201) plane oriented β-phase gallium oxide crystal films were obtained. Homoepitaxial growth on (001) and (010) plane bulk gallium oxide substrates was also successfully achieved with the quality inherited. Chlorine impurities were below the detection limit, showing the advantage of the OVPE method using Ga2O instead of GaCl as the raw material.

Free Research Field

結晶工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来パワー半導体材料として注目されていたSiCやGaNではバルク結晶の低欠陥化や低コスト化が未だ課題であるのに対し、β相Ga2O3では引き上げ法によるバルク結晶成長技術が既に確立されている。一方、エピタキシャル成長技術の高純度化が課題であったが、OVPE法により原料ガスに由来する不純物を抑制し、高純度な結晶成長方法を確立したことは、高耐圧酸化ガリウムデバイスの実現と社会への普及・省エネルギー化につながる。また、毒性ガスを扱うことが多かった化合物半導体結晶成長分野の中で、OVPE法は毒性ガスフリーの結晶成長手法であり、環境に優しいプロセスを新たに創成することができたといえる。