融液成長の限界を超越する新規ルツボフリー成長法によるGa2O3の成長と欠陥評価

使用超越熔体生长极限的新型无坩埚生长方法评估 Ga2O3 的生长和缺陷

• 批准号: 22H00204
• 负责人: 吉川 彰
• 金额: $ 27.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00204/
• 关键词: 酸化ガリウム; 単結晶成長; パワーデバイス; 結晶成長シミュレーション; エピタキシャル成長; 融液成長; パワー半導体; 基板; ルツボフリー; 結晶欠陥

本研究では、次世代のパワー半導体材料として期待されている酸化ガリウムについて、ルツボを用いない新規の結晶成長方法「スカルメルト＋Cz法」を開発し、欠陥発生メカニズムの解明、およびその抑制を実施する。本手法は、高周波誘導加熱を利用し、原料を直接加熱する手法である。したがって、加熱する磁場の周波数の値や出力はメルトの温度分布に敏感に影響するため、非常に重要なパラメータである。本年度は結晶を安定的に成長させるための条件の解明を第一とし、現状での結晶欠陥の評価を行った。さらに本手法の特徴である結晶成長中の雰囲気を高酸素分圧下で実施できる点に着目し、酸素濃度を変化させて実験を行った。また、デバイス試作のための薄膜について成長させた基板の上にホモエピタキシャル成長し、界面の評価を行った。エピタキシャル成長において、基板と薄膜の界面は最も重要なパラメータである。特に基板の界面の粗さやコンタミによりエピタキシャル成長が阻害される恐れがある。これについては、基板表面の研磨の条件やその後の洗浄の条件を検討することで、問題なくエピタキシャル成長可能な条件を探索する。結晶成長実験については、周波数の値を変化させることでメルトの温度分布が変化し、結晶成長速度や直径が変動することが分かった。これらの結晶をX線回折により評価した結果、数°程度結晶方位のズレた小角粒界が発生していることが分かった。小角粒界は、転位が規則的に並ぶことで角度ズレを発生させるため、この原因は転位が多く発生したことが原因と考える。したがって、現状はまだ温度勾配が大きいため、この温度差によりせん断応力が発生し、転位の増殖が起こったと考える。エピタキシャル成長においては、CMP研磨や洗浄方法を検討することで、電子顕微鏡では判別できない程の綺麗な界面を作製することが出来た。

This research is looking forward to the next-generation semiconductor materials and new regulations for the use of acidified chlorine and fluorocarbon. The crystal growth method "スカルメルト＋Cz method" is を开発し, owed 癙発生メカニズムの见明, およびその suppresses を実时する. This technique uses high-frequency induction heating and uses direct heating of raw materials.したがって、Heating するThe frequency of the magnetic field の値やはメルトのThe temperature distribution is sensitive and affects the するため、It is very important なパラメータである. This year's crystallization is a stable growth, the conditions are clear, the first is the first, and the current situation is crystallization. This technique uses a special method to create crystals that are growing in a high-acid concentration.また, デバイス trial production のための film について growth させた substrate の上にホモエピタキシャル growth し, interface のvaluation価を行った. The most important thing is the interface between the substrate and the film, which is the most important thing when it comes to the growth and development of ethylene film. The interface of the special substrate is rough and the thickness of the interface is small, and the growth of the substrate is hindered.これについては、Conditions for grinding the surface of the substrate and conditions for cleaning afterward Discussion of problems, possible conditions for growth, and exploration of problems. Crystal Growth The temperature distribution changes, the crystal growth rate and diameter change, and the temperature distribution changes. The results of the crystallization of the これらの and the X-ray reflection of the により evaluation, the crystal orientation of several degrees, the small angle grain boundaries, the していることが分かった. The rules of the small angle grain boundary and the 転 Position are the same as the angle of the angle and the cause of the small angle.したがって、 Current situation はまだ Temperature matching が大きいため、 この Temperature differenceによりせん成応力が発生し、転 Positionの Increase the reproduction of the こったとtestえる.エピタキシャル成においては、CMP grinding and cleaning method を検することで, the electronic micro-mirror is used to determine the process and the interface of the Qili interface is produced.

项目成果

A new growth technique for b-Ga2O3 single crystals without a precious metal crucible

一种无贵金属坩埚的b-Ga2O3单晶生长新技术

• 发表时间: 2022
• 作者: I. Takahashi;V. Kochurikhin;T. Tomida;T. Sugawara;Y. Shoji;K. Kamada;K. Kakimoto and A. Yoshikawa
• 通讯作者: K. Kakimoto and A. Yoshikawa

スカルメルト法を応用した新規ルツボフリー 結晶育成法における酸化物単結晶育成 の形状制御手法

应用壳熔法的新型无坩埚晶体生长方法中氧化物单晶生长的形状控制方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Naomoto Hayashi;Yuui Yokota;Takahiko Horiai;Masao Yoshino ;Akihiro Yamaji;Rikito Murakami;Takashi Hanada;Hiroki Sato;Satoshi Toyoda;Yuji Ohashi;Shunsuke Kurosawa;Kei Kamada;Akira Yoshikawa;村上力輝斗，山口大聡，鎌田圭，V. V. Kochurikhin，吉川彰;矢島隆雅，鎌田圭，佐々木玲，沓澤直子， 村上力輝斗，堀合毅彦，Kyoung Jin Kim，吉野将生，山路晃広，黒澤俊介，横田有為，佐藤浩樹， 豊田智史，大橋雄二，花田貴，Vladimir Kochurikhin，吉川彰;鎌田圭，矢島隆雅，吉野将生，佐々木玲，堀合毅彦，村上力輝斗，沓澤直子， Kyoung Jin Kim，吉川彰;佐々木玲，鎌田圭，矢島隆雅，吉野将生，堀合毅彦，村上力輝斗，Kyoung Jin Kim， 山路晃広，黒澤俊介，横田有為，佐藤浩樹，豊田智史，大橋雄二，花田貴，Vladimir. V. Kochurikhin， 吉川彰;松倉大佑，黒澤俊介，山路晃広，大橋雄二，横田有為，鎌田圭，佐藤浩樹，豊田智史， 吉野将生，花田貴，村上力輝斗，堀合毅彦，吉川彰;柿本浩一，高橋勲，富田健稔， 鎌田圭，中野智，吉川彰;柿本浩一，高橋勲，富田健稔， 鎌田圭，姚永昭，石川由加里， 中野智，吉川彰;矢島隆雅，鎌田圭，沓澤直子， 佐々木玲，村上力輝斗，吉野将 生，堀合毅彦，Kyoung Jin Kim，山路晃広，黒澤俊介，横 田有為，佐藤浩樹，豊田智史， 大橋雄二，花田貴，Vladimir. V. Kochurikhin，吉川彰;富田健稔，高橋勲，V. Kochurikhin，庄子育宏，鎌田 圭，柿本浩一，吉川彰
• 通讯作者: 富田健稔，高橋勲，V. Kochurikhin，庄子育宏，鎌田 圭，柿本浩一，吉川彰

3D calculation studies of dislocation density in a β-Ga2O3 crystal grown by vertical Bridgman method

垂直布里奇曼法生长的β-Ga2O3晶体位错密度的3D计算研究

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2023.127126
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Kakimoto Koichi;Takahashi Isao;Tomida Taketoshi;Kamada Kei;Yao Yongzhao;Nakano Satoshi;Yoshikawa Akira
• 通讯作者: Yoshikawa Akira

垂直ブリッジマン成長時におけるβ型酸化 ガリウムの転位密度解析

β型氧化镓垂直布里奇曼生长过程中的位错密度分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Naomoto Hayashi;Yuui Yokota;Takahiko Horiai;Masao Yoshino ;Akihiro Yamaji;Rikito Murakami;Takashi Hanada;Hiroki Sato;Satoshi Toyoda;Yuji Ohashi;Shunsuke Kurosawa;Kei Kamada;Akira Yoshikawa;村上力輝斗，山口大聡，鎌田圭，V. V. Kochurikhin，吉川彰;矢島隆雅，鎌田圭，佐々木玲，沓澤直子， 村上力輝斗，堀合毅彦，Kyoung Jin Kim，吉野将生，山路晃広，黒澤俊介，横田有為，佐藤浩樹， 豊田智史，大橋雄二，花田貴，Vladimir Kochurikhin，吉川彰;鎌田圭，矢島隆雅，吉野将生，佐々木玲，堀合毅彦，村上力輝斗，沓澤直子， Kyoung Jin Kim，吉川彰;佐々木玲，鎌田圭，矢島隆雅，吉野将生，堀合毅彦，村上力輝斗，Kyoung Jin Kim， 山路晃広，黒澤俊介，横田有為，佐藤浩樹，豊田智史，大橋雄二，花田貴，Vladimir. V. Kochurikhin， 吉川彰;松倉大佑，黒澤俊介，山路晃広，大橋雄二，横田有為，鎌田圭，佐藤浩樹，豊田智史， 吉野将生，花田貴，村上力輝斗，堀合毅彦，吉川彰;柿本浩一，高橋勲，富田健稔， 鎌田圭，中野智，吉川彰;柿本浩一，高橋勲，富田健稔， 鎌田圭，姚永昭，石川由加里， 中野智，吉川彰
• 通讯作者: 柿本浩一，高橋勲，富田健稔， 鎌田圭，姚永昭，石川由加里， 中野智，吉川彰

Evaluation of b-Ga2O3 crystalline quality grown by crucible-free technique

无坩埚技术生长b-Ga2O3晶体质量评价

• 发表时间: 2022
• 作者: I. Takahashi;V. Kochurikhin;T. Tomida;T. Sugawara;Y. Yao;K. Sato;Y. Ishikawa;K. Kamada;K. Kakimoto and A. Yoshikawa
• 通讯作者: K. Kakimoto and A. Yoshikawa