| 研究課題/領域番号 |
20H02639
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
今西 正幸 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00795487)
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| 研究分担者 |
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)
河村 貴宏 三重大学, 工学研究科, 助教 (80581511)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
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| キーワード | OVPE / GaN / 低転位 / 低抵抗 / 欠陥評価 / 格子定数 / 気相成長 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
窒化ガリウム(GaN)系次世代省エネルギーデバイスを実現するためには低転位GaN単結晶が必要であるが、ウェハを切り出すことのできるバルクGaN単結晶は実現していない。これは、低転位なGaN結晶成長技術は確立されている一方、クラックが発生するという問題からバルクGaN成長技術が未だ確立されていないためである。申請者は酸化ガリウムを原料とする気相成長技術（OVPE法）において、ファセット成長を活用することで酸素濃度が均一になりクラックを抑制可能であることを新たに発見した。当該新OVPE法には多結晶が発生するという問題があったが、本研究では高温成長技術により解決し低転位・厚膜GaN結晶成長を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では高品質かつ厚膜のGaN結晶をoxide vapor phase epitaxy （OVPE）法により作製し、格子定数や欠陥密度を測定することを目的とした。新規にホットウォール加熱形式のヒーターを導入することや、Ga源の供給量を増加させることにより、300um/hの高速成長を実現し、問題となっていた大ピットを抑制することに成功した。局所加熱装置を用いた場合についても、高水素濃度かつ、高ⅤⅢ比の条件下で成長速度500um/hを達成した。格子定数については高酸素不純物濃度であるにも関わらず、a軸方向の格子定数は想定していたほど拡張せず、エピタキシャル成長も問題なく実施できることが分かった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在、厚膜成長技術の主流として用いられているハイドライド気相成長（HVPE）法では結晶成長速度が200 μm/hと大きいのが特徴であるが、局所的な高酸素濃度領域を起点としてクラックが度々生じることが報告されているのに加え、転位密度は種結晶に依存する。一方、OVPE法は、ファセット成長により種結晶から転位密度が減少する機構を有している。また、酸素不純物が成長面に依存せず全面に含まれており、クラックが発生しづらいことから厚膜のバルクGaN結晶を安定的に供給できる可能性がある。本手法により低転位GaNウェハが安価で入手可能になり、GaN系デバイス分野の研究も飛躍的に進展することが期待される。
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