名大,高信頼性GaN結晶製造要素技術を開発

名古屋大学は,GaN基板上のGaNのpnダイオードにおいて,逆方向高電圧印加時のリークの起源となるキラー欠陥の特定に成功した。また,エピタキシャル成長時,大気圧で行なうことにより,キラー欠陥の増殖を抑制できることも明らかにした(ニュースリリース)。

これまで,GaN基板上のGaNのpnダイオードの報告はあったが,デバイスの信頼性に大きな影響を与えるキラー欠陥については検討されてこなかった。今回,研究グループは,逆方向に高電圧を印加した状態でリークしている個所をエミッション顕微鏡で確定した後,化学エッチングによりエッチピット形状を確認し,その個所を多光子フォトルミネッセンス法によって,欠陥の伝搬状態を三次元的に確認した。

その結果,複数の転位が相互作用してできた欠陥においてリークすることを突き留めた。また,その個所について,大角度収束電子線回折法を用いて欠陥を正確に評価し,バーガーズベクトルが1cの螺旋転位であることを世界で初めて特定した。

さらに,従来は少ないガス流量で高均一性が得やすいことから,500hPa程度の減圧成長が主だったが,エピタキシャル層成長時の圧力を大気圧にしてpnダイオードを成長させる実験をしたところ,不純物濃度はほとんど変わらないにも関わらず,歩留まりが大幅に向上することを初めて示した。

他にも,GaNの種結晶を成長させるためのナトリウムフラックス法成長において,薄液育成法を構築し,口径が拡大する方向に結晶成長が進行し,かつ,面全体で欠陥密度を改善した。また,気相成長法による厚いGaN基板を成長させる際,結晶の口径が減少する問題の解決に目途が立ち,大口径化に向けた新たな基盤技術を開発した。

これまで信頼性に致命的な影響を与えてきたキラー欠陥を特定し,低減するとともに,エピタキシャル成長によっても信頼性の向上が可能であることを示したことは画期的な成果だという。

GaN基板作製用の種結晶を育成するためのNaフラックス法において,薄液育成法が有効であると判明したことにより,GaN基板中の欠陥密度を大幅に低減することができるようになる。また,長尺GaNの形状制御では,1回の成長で何枚も基板を切り出すことが可能となり,現在,社会実装の抑制要因となっているGaN基板の高コストの問題を解決し,GaN基板上のGaNデバイスの社会実装を加速することが期待できる成果だとしている。

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