大陽日酸ら,GaN結晶の低コスト製造装置を開発

科学技術振興機構(JST)は,産学共同実用化開発事業(NexTEP)の開発課題「THVPE法による高品質バルクGaN成長用装置」の開発結果を成功と認定した(ニュースリリース)。

この開発課題は,東京農工大学の研究グループの研究成果をもとに,平成25年8月から平成31年3月にかけて大陽日酸に委託して,同社研究グループにて実用化に向けて開発を進めていた。

窒化ガリウム(GaN)結晶は青色発光ダイオードとして広く利用されている半導体だが,高速スイッチ動作や高耐圧大電流動作に関わるパワーデバイス材料としての特性も高く,現在の主流であるシリコン結晶に比べ非常に大きな優位性がある。

電子デバイス構造の土台となるGaN結晶基板の製造の多くはハイドライド気相成長法(HVPE法)で製造されている。この手法は,結晶の反りなどの理由で厚みを確保することが難しく,種結晶である異種基板上に,1回に1mm未満のGaN結晶を成長させ,その都度はがして利用している。

そのため,炉の清掃など,結晶成長の前後処理にかかる工数などにより,コストと結晶品質の面で,実用的なGaN結晶が製造できなかった。

大陽日酸はHVPE法を発展させ,三塩化ガリウム-アンモニア反応系を用いたトリハライド気相成長法(THVPE法)により,高速,高品質,連続成長を実現するGaN結晶製造装置を開発した。

これにより,結晶成長速度では従来の3倍,転位欠陥においては従来の5分の1と,高品質な結晶を高速で形成することに成功した。また反応炉である石英管の劣化が生じにくいこと,成長面積の減少がないこと,不要なポリ結晶成長が生じないことなど,従来法の高コストを引き下げるさまざまな特長も見いだされた。

この新技術により,GaN結晶を厚いバルクで得られれば,スライスしてGaN基板を大量生産でき,安価で高性能なGaNデバイスの開発への突破口になるとしている。

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