酸化ガリウムを原料とした高品質GaN単結晶育成技術の研究開発

以氧化镓为原料的高品质GaN单晶生长技术研发

• 批准号: 12J04023
• 负责人: 卜 淵
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J04023/
• 关键词: GaN基板; 気相成長法; H_2キャリアガス; 結晶品質の向上; 表面処理; 高速成長; 酸素濃度の低減

窒化ガリウム系半導体は優れた特性を持つため、世界的に注目を浴びている。しかし、高品質かつ低価格な窒化ガリウム基板の作製方法はまた確立されていない。そこで、我々はGa_20を用いた気相成長法を開発し、実用化できる高品質・大型・導電性制御可能なバルク窒化カリウム単結晶の作製を目指す。結晶中に酸素濃度の低減、成長速度の増加、結晶品質の向上が必要である。私は、昨年度までに、成長速度が50㎛/hにおいて二次元成長させることで、窒化ガリウム結晶中に含有酸素濃度の低減(7×10^<17>atoms/cc)に成功した。しかし、結晶性が成長速度とともに劣化する問題がある。そこで、私は、育成前の種基板表面モルフォロジーと育成中の多結晶発生が成長層の結晶品質に影響すると考察した。まず、種基板をCMP処理かつ昇温中に水素雰囲気でアニールすることにより、原子レベル(RMS : 0.67nm)に平坦な種基板表面を得ることに成功した。また、昇温中に水素雰囲気でアニールすることが種基板の表面汚れ除去にも効果あることを示した。さらに、育成中に水素キャリアガスを用いたことで、基板表面に多結晶発生を抑制することで、高速成長かつ結晶性良好なGaN結晶を作製した。特に高速成長の場合、成長層の結晶性が水素キャリアガスを用いない場合より向上することが確認された。その結果、成長速度が180㎛/hにおいて、結晶性((0002)面XRCの半値幅 : 71arcsec)が種基板と同程度の窒化ガリウム結晶の作製に成功した。本研究結果は、高品質バルク窒化ガリウム結晶を作製する方法として、OVPE法が実用化可能であることを示した。

The characteristics of the semiconductor system are very important, and the world's attention is very important. The manufacturing method of high-quality, low-quality and high-quality substrates has been established. The development and application of Ga_20 by the phase growth method with high quality, large conductivity and high conductivity are indicated. It is necessary to decrease the acid concentration, increase the growth rate and improve the crystal quality in the crystal. The growth rate was 50 ° C/h. The concentration of acid in the crystal decreased (7×10^<17>atoms/cc) successfully. The growth rate of crystallinity and the deterioration of crystallinity are problems. The influence of crystal growth on the crystal quality of the growth layer was investigated. The seed substrate CMP process was successful in obtaining a flat seed substrate surface at elevated temperatures. The surface contamination of the seed substrate is removed due to high temperature. In addition, the growth of GaN crystals in the substrate surface is suppressed, and the growth of GaN crystals with good crystallinity is controlled. In particular, in the case of high growth rate, the crystallinity of the growth layer is determined by the use of water. The results show that the growth rate is 180 ° C/h, the crystallinity (half-width of (0002) plane XRC: 71arcsec), and the crystallization of the substrate is successful. The results of this study indicate that the OVPE method can be applied to the production of high-quality crystals.

项目成果

Effect of the H_2 gas on the crystanlinity of GaN layer synthesized from Ga_20 vapor and NH_3

H_2气体对Ga_20蒸气与NH_3合成GaN层结晶度的影响

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuan Bu;Akira Kitamoto;Hiroaki Takatsu;Masami Juta;Tomoaka Sumi;Marnoru Imade;Masashi Yoshimura;Masashi Isemura and Yusuke Mori;Yuan Bu
• 通讯作者: Yuan Bu

Investigation of the effect of H_2 ratio on oxygen concentration, crystallinity and dislocation density in GaN crystals using Ga_2O vapor

利用Ga_2O蒸气研究H_2比例对GaN晶体中氧浓度、结晶度和位错密度的影响

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuan Bu;Akira Kitamoto;Hiroaki Takatsu;Masami Juta;Tomoaka Sumi;Marnoru Imade;Masashi Yoshimura;Masashi Isemura and Yusuke Mori;Yuan Bu;Yuan Bu;Yuan Bu
• 通讯作者: Yuan Bu

Dramatic increase in the growth rate of GaN layers grown from Ga2O vapor by epitaxial growth on HVPE-GaN substrates with a well-prepared surface

通过在表面准备充分的 HVPE-GaN 衬底上外延生长，由 Ga2O 蒸气生长的 GaN 层的生长速率显着提高

• DOI: 10.7567/apex.7.035504
• 发表时间: 2014
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Y. Hashimoto;H. Furuya;M. Ueno;K. Yamane;N. Okada;K. Tadatomo;Yuan Bu et al.
• 通讯作者: Yuan Bu et al.

Effect of H_2 carrier gas on the physical propenies of GaN layer grown by using Ga_2O vapor and NH_3

H_2载气对Ga_2O蒸气和NH_3生长GaN层物理性质的影响

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuan Bu;Akira Kitamoto;Hiroaki Takatsu;Masami Juta;Tomoaka Sumi;Marnoru Imade;Masashi Yoshimura;Masashi Isemura and Yusuke Mori;Yuan Bu;Yuan Bu
• 通讯作者: Yuan Bu

High temperature growth of high crystalline GaN layers with a high growth rate by vapor phase epitaxy using Ga_2O as a Ga source

以Ga_2O为Ga源，通过气相外延法高温高生长速率生长高结晶GaN层

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuan Bu;Akira Kitamoto;Hiroaki Takatsu;Masami Juta;Tomoaka Sumi;Marnoru Imade;Masashi Yoshimura;Masashi Isemura and Yusuke Mori;Yuan Bu;Yuan Bu;Yuan Bu;Yuan Bu;Yuan Bu;Yuan Bu
• 通讯作者: Yuan Bu