| 研究課題/領域番号 |
25420307
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
ビジョラ ガルシア 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (90421411)
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| 研究分担者 |
大島 祐一 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (70623528)
島村 清史 独立行政法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, グループリーダー (90271965)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 酸化物半導体 / ワイドギャップ半導体 / パワー半導体 / パワーデバイス |
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| 研究概要 |
(1)成長炉の仕様変更
まず、β-Ga2O3の成長に適するように既存装置の改造を行った。具体的には、使用するガスに合わせてマスフローコントローラや配管系統を変更した。また、HVPE炉内の高温領域で酸素原料が触れる可能性のある部分をすべて酸化物部材で構成した。さらに、排気系には水分を含んだ塩化物が堆積し、強腐食性の塩酸が生じる可能性があるため、腐食対策を実施した。
(2)成長の確認
まず、酸素原料として酸素ガスを用いてβ-Ga2O3のHVPE成長を試みた。ガリウム原料としては、同反応炉内でHCl ガスとGa融液との反応で生じさせたGaClを用いた。基板上に形成された膜のX線回折測定を行うことにより、β-Ga2O3が単相で合成できることが確認できた。
(3)成長条件とリアクタ内部構造の改善
上述のようにβ-Ga2O3のHVPE成長が可能であることを確認したものの、当初は基板上に粉末が堆積するのみで膜成長は得られなかった。これは、GaClとO2との反応によるβ-Ga2O3の析出反応は平衡定数が大きく、気相反応が起こりやすいためと考えられる。そこで、原料供給条件やリアクタ内部の構造(ガス流の制御)の見直しを行った。その結果、粉末の発生を抑制することに成功し、膜成長を実現することができた。その際、成長速度としては少なくとも数十um/hが可能であり、従来報告されているMBE等によるβ-Ga2O3の成長速度をはるかに上回ることを明らかにした。
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| 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
実験開始当初は気相反応による粉末発生などの問題が起こったものの、成長条件やリアクタ内部構造の見直しにより改善し、膜成長を実現することができた。具体的には、成長駆動力を抑制させるように各条件の変更を行った。それでもなお成長速度はMBE等のそれよりも桁違いに大きく、おおむね狙い通りに進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
まずはβ-Ga2O3のHVPE成長条件をさらにブラッシュアップし、高品質膜の育成実現に取り組む。現在は酸素原料として安全性が高く供給も簡便なO2ガスを用いているが、β-Ga2O3の析出反応の平衡定数がかなり大きく、気相反応を制御しながら高品質な膜を成長することは必ずしも容易ではない。そこで、より良い制御性の実現を睨んで別の酸素源も併せて検討する。また、育成した膜の各種特性のうち、デバイス応用上重要と思われる項目を重点的に評価していく。具体的には、電気特性のほか、不純物や結晶欠陥の種類や濃度、分布状況などである。さらに、ドーピングによる電気特性の制御にも取り組んでいく。
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