窒化ガリウムの低コスト結晶製造装置を開発～パワーデバイス開発への突破口に～

　ＪＳＴ（理事長　濵口 道成）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ました。この開発課題は、新万博体育_万博体育官网-【官方授权牌照】　纐纈 明伯（コウキツ アキノリ）特別招聘教授ら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株式会社（代表取締役社長　市原 裕史郎）に委託して、同社開発本部、イノベーション事業本部にて実用化に向けて開発を進めていたものです。
　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ですが、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ります。
　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）注１）で製造されています。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１ミリメートル未満のＧａＮ結晶を成長させ、その都度はがして利用しています。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結晶が製造できませんでした。
　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ました。これにより、結晶成長速度では従来の３倍、転位注２）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ました。また反応炉である石英管の劣化が生じにくいこと、成長面積の減少注３）がないこと、不要なポリ結晶注４）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ました。
　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ます。安価で高性能なＧａＮデバイスの開発への突破口になると期待されます。