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

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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。