• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

新規ハイブリッド型高速気相成長法を用いた超低欠陥窒化ガリウム結晶の創製

研究課題

研究課題/領域番号 23K17743
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関東京農工大学

研究代表者

村上 尚  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401455)

研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2025年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード窒化ガリウム / エピタキシャル成長 / 転位 / 低転位密度 / ハライド気相成長 / トリハライド気相成長
研究開始時の研究の概要

本研究では、GaNウエハの無転位化、大口径化、低コスト化の三つを満たすアプローチとして、THVPEとHVPEのハイブリッド法によるGaN高速成長を推進する。GaN微小種結晶の上でのGaCl3分子の吸着特異性を利用した選択的成長による低転位化、THVPE/HVPEハイブリッド成長による意図的な非成長領域形成による低転位化の二つのアプローチ検討を行う。さらに、拡径成長を組み合わせて、これまで達成がなされていない超低転位密度かつ大口径のGaN厚膜結晶の創製を目指す。また、転位の伝搬挙動を光学的手法や電子顕微鏡により明らかにし、効率的な転位低減のアプローチ提案、転位低減メカニズムを明らかにする。

研究実績の概要

本研究では、GaClを用いるハライド気相成長法(HVPE)とGaCl3を用いるトリハライド気相成長法(THVPE)を巧みに組み合わせ(ハイブリッド化)、それぞれの優位な部分を利用した低転位化技術の開拓を目的としている。初年度である令和5年度は、HVPEとTHVPEハイブリッド成長によるGaN厚膜成長およびHVPEを用いた意図的な非成長領域の形成の検討を行った。
本研究グループ独自の手法であるCl2系HVPEは、通常のHVPEとは異なり反応前駆体であるGaClをHClではなくCl2を用いて生成するため、炉内の水素分圧を減らすことができ、GaN成長の駆動力を高温でも大きく取れることが特徴である。成長温度を1200~1400℃の範囲に設定(通常のHVPEでは1050℃程度が上限)し、成長の可否を検証した。その結果、1350℃にて150μm/h以上の成長速度にてGaNの高品質結晶の成長が可能であることがわかった。高温でのGaN結晶成長は結晶表面での原料分子のマイグレーションが促進されるため、二次元的な平坦成長が進行しやすく、転位密度の減少にも寄与する。また、GaNの成長反応にて生成される水素により、転位周りでのエッチングが生じ、ピットが生じることも確認した。ピットは本申請で提案しているTHVPEとの組み合わせにより無転位領域を意図的に発生させるために重要な部位となるため、本結果は研究計画推進上で良好なものであると判断する。また、Cl2系HVPEによるGaN成長の後、その上にGaCl3を原料に用いるTHVPEによりGaN厚膜を成長したところ、HVPE層とTHVPE層との間には新たな欠陥のない良好な界面が形成されていることも確認された。本成果をもとに令和6年度以降に低転位化および厚膜成長の検討を進めていく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和5年度はGaN結晶のハイブリッド成長法(HVPEとTHVPEを組み合わせた新たな手法)の確立のため、Cl2系HVPEによる高温結晶成長の可否の検証とTHVPEとの組み合わせの可否の検証を行った。これは、THVPEの成長温度である1300℃以上での結晶成長がHVPEでも可能とならないと、ハイブリッド化した際に結晶劣化やオペレーションタイムの増加(産業化の際のスループット悪化)に繋がるため重要な事項である。結果としては、Cl2系HVPEにて1350℃での高温・高速成長を達成したのに加え、THVPEとのハイブリッド化においても特段結晶性に問題なくGaNの成長ができた。

今後の研究の推進方策

令和5年度の研究にて当初の目的の通り、HVPEとTHVPEの組み合わせによるハイブリッド成長技術が確立できたため、令和6年度以降では低転位(欠陥)化に向けた検討を進める。具体的には、Cl2系HVPEやTHVPEによって成長したGaN結晶中の転位の動きについて、光学的手法を用いた評価を行う。高温成長により転位は横方向に曲げられる効果が報告されており、これにより転位の対消滅が期待され低転位化につながる。これまで報告がなかった1350℃以上でのGaN成長により転位の減少やそのメカニズムを明らかにする。
また、意図的な転位低減のアプローチとして、令和5年度で確認されたピット形成とTHVPEによるピット上での無転位化技術を確立する。さらには、もう一つの低転位化アプローチとして、加工基板(ポイントシード基板)の準備を進め、ポイントシード上での選択的な結晶成長技術を確立する。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Investigation of high speed β-Ga2O3 growth by solid-source trihalide vapor phase epitaxy2023

    • 著者名/発表者名
      Kyohei Nitta, Kohei Sasaki, Akito Kuramata, Hisashi Murakami
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: SF ページ: SF1021-SF1021

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acc747

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of nanopipes in edge-defined film-fed grown β-Ga2O3 substrate and their effect on homoepitaxial surface hillocks2023

    • 著者名/発表者名
      Nishikawa Tomoka、Goto Ken、Murakami Hisashi、Kumagai Yoshinao、Uemukai Masahiro、Tanikawa Tomoyuki、Katayama Ryuji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: SF ページ: SF1015-SF1015

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acc18e

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] HVPE・THVPEハイブリッド成長を用いたGaN高速成長の検討2023

    • 著者名/発表者名
      根本幸太、Xingxing Pan、村上尚
    • 学会等名
      第15回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 高温HVPE法によるGaN成長における転位伝播に関する調査2023

    • 著者名/発表者名
      Xingxing Pan、根本幸太、村上尚
    • 学会等名
      第15回ナノ構造・エピタキシャル成長講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Fairly high temperature growth of GaN thick layers by Cl2-based HVPE2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Murakami, Xingxing Pan, Kota Nemoto, Eiji Hase, Kentaro Nagamatsu
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Nitride Semiconductors
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High temperature and high speed growth of GaN using HVPE-THVPE hybrid method2023

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Murakami, Kota Nemoto, Xingxing Pan, Eiji Hase, Kentaro Nagamatsu
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Nitride Semiconductors
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of InGaN/GaN periodic heterostructure via THVPE method2023

    • 著者名/発表者名
      Chiho Yamada, Iori Kobayashi, Hisashi Murakami
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Nitride Semiconductors
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth of AlN layers on 4H-SiC (000-1) by Hydride Vapor Phase Epitaxy2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, A. Sato, and H. Murakami
    • 学会等名
      43rd Electronic Materials Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Cl2-based HVPE GaN growth over 1300 degrees2023

    • 著者名/発表者名
      K. Nemoto, X. Pan, E. Hase, K. Nagamatsu, and H. Murakami
    • 学会等名
      43rd Electronic Materials Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Dependence of Al incorporation on group-III supply ratio in (AlxGa1-x)2O3 growth by halide vapor phase epitaxy2023

    • 著者名/発表者名
      S. Sato, R. Serizawa, and H. Murakami
    • 学会等名
      43rd Electronic Materials Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2023-07-04   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi