| 研究課題/領域番号 |
25420712
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
寒川 義裕 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90327320)
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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 | 窒化アルミニウム / パワーデバイス用材料 |
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| 研究実績の概要 |
都市生活を営む上で直流－交流変換などの電力変換は必要不可欠である。現在、シリコンパワーデバイスを用いた電力変換システムが広く普及しているが、変換効率が悪く約10～20%のエネルギーを熱として損失している。本研究では、電力変換の高効率化に資する次世代パワーデバイス用窒化アルミニウム（AlN）結晶の作製技術開発を目的としている。AlN結晶は従来のシリコン結晶よりも高耐圧、低オン抵抗を実現できる材料であり、この材料を用いたパワーデバイスを開発することにより電力変換時の損失を5%程度にまで低減することが期待される。
目的達成に向けて次の研究計画を予定している。[H25年度]その場観察を可能とする成長炉の開発。[H26年度以降]成長表面（固－液界面）のその場観察および成長プロセスの解明と新規成長技術の開発。H26年度は、H25年度（初年度）に作製したその場観察用成長炉を用いて実際に固－液界面の観察を行った。観察窓を設けることにより固－液界面（成長表面）のその場観察が可能となったが、同時に放熱による炉内の温度低下が生じることとなった。炉内の基板保持台や断熱材の形状を見直すことにより、観察窓周辺部からの放熱を抑制することに成功し、高温の固－液界面を観察するに至った。Al融解の観察により原料部と基板部の温度差は約40℃であり温度勾配は10℃/cmとなっていることがわかった。原料部温度を1250℃に設定して成長実験を行ったところ樹脂状結晶の成長様式が観察された。1350℃における成長では多段ステップの移動を伴う成長様式が観察された。但し、成長速度が速く生成物が多結晶となっているため成長条件の最適化が必要である。以上のようにH26年度は当初計画の通り順調に進展している。最終年度（H27年度）はその場観察技術の有用性を最大限に活用して成長条件の最適化を行い新規成長技術を確立する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
H26年度は以下の目標を設定していた：H25年度に作製したその場観察用成長炉によるAlNの成長実験。
断熱材等の構造を最適化することにより炉内の温度低下を抑制し、高温の固－液界面形状を直接観察することに成功した。これまでは、成長後のサンプルの破壊検査により成長様式や成長機構を解析・考察することしかできなかったが、本装置の開発により成長表面（界面）のその場観察が可能となり、成長様式をリアルタイムで詳細に解析することが出来るようになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の研究計画の通り、初年度（H25年度）に装置を作製し、2年目（H26年度）に稼動・観察に成功した。最終年度となるH27年度は本装置の有用性を最大限に活かし、成長条件の最適化を加速してAlN単結晶の新規成長技術の確立を目指す。
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