| Project/Area Number |
23H00275
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | The University of Osaka |
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Principal Investigator |
森 勇介 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90252618)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今西 正幸 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00795487)
宇佐美 茂佳 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30897947)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥47,450,000 (Direct Cost: ¥36,500,000、Indirect Cost: ¥10,950,000)
Fiscal Year 2025: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Fiscal Year 2024: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2023: ¥19,890,000 (Direct Cost: ¥15,300,000、Indirect Cost: ¥4,590,000)
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| Keywords | GaNバルク成長 / 高速成長 / OVPE法 / 口径制御 / GaN / インゴット / 気相成長 / 口径維持・拡大 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代パワー半導体材料として注目されるGaNはSiやSiCのように安価な自立ウェハが存在しないため普及に至っていない。これは、低価格な自立ウェハを作製するためには大面積かつ同口径の自立ウェハを複数枚取得可能な柱状結晶（インゴット）の作製が必要であるのに対し、従来育成法ではGaN結晶が六角錘状に成長して当該インゴットの作製を妨げることに起因する。申請研究では、酸化ガリウムを原料とする気相成長法(OVPE法)における3次元成長モードとウェハ端面の無極性面成長を利用することで世界初となる高品質・超厚膜GaNインゴットを実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では酸化物気相成長法による口径拡大と超高速成長技術を確立し，それらを組み合わせることでGaNインゴットの作製を目的としている．前年度に育成環境の構築が完了したため，本年度は超高速成長と口径維持領域の探索に取り組んだ．
OVPE法における超高速成長では過剰酸素ドーピングによる結晶性悪化が問題となることが前年度に明らかとなった．そこで，今年度は従来の2倍の高Ga2O流量条件下において水素，温度，NH3流量を調整し，結晶性を維持したまま成長レートの増大が可能か調査した．その結果，水素流量および成長温度を上昇させることで酸素濃度を低減させ，そこからNH3流量を上昇させることで結晶性を維持したまま成長レートの増大が可能であることがわかった．最終的な成長レートは従来の2倍である900um/hに到達した．
次に口径維持領域について，前年度に減圧成長では口径縮小を抑制できないことがわかったため，本年度は高温成長での口径の変化について調査した．端面角度の成長温度依存性，およびGa2O供給量依存性を取得したところ，①成長温度を上昇させることで口径縮小から拡大に転じること，②Ga2O流量増大に伴って口径拡大から縮小に移行すること，また，③口径拡大を行えるレート帯が成長温度の上昇によって拡大することが明らかとなった．口径の変化はキャリア濃度と相関があり，酸素ドーピング量によって口径を制御可能であることが示唆された．成長温度を1200℃から1286℃に上昇させることで100um/hでも口径拡大となり，さらなる温度の上昇でバルク成長にも適応できるレート帯となる可能性を示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の取り組みでOVPE法におけるGaN成長レートは900um/hに到達した．この成長レートは面内平均値であり，最も成長レートの高い個所では本研究の目標である1mm/hをすでに超えている．さらに，口径維持成長に関しても高温域であれば口径縮小を抑制しつつ成長レートを上昇させられるという道筋を示すことができた．さらに，超高速成長と口径拡大の方向性はどちらも高温成長で一致しており，これらの条件は組み合わせ可能である．高速かつ口径維持成長の実現可能性を当年度途中で示すことができたため，すでに長時間成長に取り組み始めている．ゆえに当初の計画以上にしているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では超高成長条件と口径維持（拡大）条件を組み合わせてGaNインゴットの作製を実証する．初年度に金属材料の適用によって雑晶の付着を抑制可能であることを示し，炉壁やステージを金属材料とした長時間育成用の炉も立ち上げが完了している．当該炉を用いて1mm厚以上の結晶が育成可能であることも確認済みである．今年度示された，高温領域での超高成長と口径拡大の条件を当該炉に導入し．結晶性を維持しつつ，口径を拡大した1mm厚以上のバルク成長が実行可能となるか検証する．
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