最新の研究成果

概要

東京農工大学 大学院工学研究院応用化学部門の熊谷 義直教授らのグループは、大陽日酸株式会社の吉永 純也氏ら、奈良女子大学の佐々木 捷悟助教、工学院大学の尾沼 猛儀教授、大阪公立大学／情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー））の東脇 正高教授／室長、および大陽日酸ATI株式会社の伴 雄三郎博士らと共同で、独自の減圧ホットウォール有機金属気相成長（MOVPE）法^※1を用い、高精度にn型キャリア密度^※2を制御したβ型酸化ガリウム（β-Ga₂O₃）結晶^※3の高速成長技術を開発しました。β-Ga₂O₃は電力制御・変換の高効率化を実現する次世代パワーデバイス^※4用の半導体材料として注目されています。今回、安全なSi源としてテトラメチルシラン（TMSi）を採用し、MOVPE法でSiをドープしたβ-Ga₂O₃を成長し、キャリア密度の高精度制御を達成しました。本技術は、パワーデバイス量産に必須となるホモエピタキシャルウェハ^※5量産の基盤技術として期待されます。

本研究成果は、英文学術誌「Applied Physics Express」誌に5月20日付でオンライン公開されました。

図1　(a) β-Ga2O3の減圧ホットウォールMOVPE成長装置（FR2000-OX）外観、(b) 成長炉構造の断面模式図。キャリアガスには高純度アルゴン（Ar)を用いている。

掲載誌情報

【発表雑誌】Applied Physics Express
【論文名】Homoepitaxial growth of thick Si-doped β-Ga2O3 layers using tetramethylsilane as a dopant source by low-pressure hot-wall metalorganic vapor phase epitaxy
【著者】Junya Yoshinaga, Yoshiki Iba, Kakeru Kubota, Yuma Terauchi, Takahito Okuyama, Shogo Sasaki, Kazutada Ikenaga, Takeyoshi ONUMA, Masataka Higashiwaki, Kazushige Shiina, Shuichi Koseki, Yuzaburo Ban and Yoshinao Kumagai
【掲載URL】https://doi.org/10.35848/1882-0786/adcfee

用語解説

※1　有機金属気相成長（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy: MOVPE）法…金属元素の有機金属化合物ガスを原料として使用する結晶成長手法。高精度に成長を制御することが可能で、窒化物半導体発光素子や砒化物・窒化物半導体高速動作トランジスタの作製で広く用いられている。

※2　n型キャリア密度…半導体中を自由に動くことができる電子（キャリア）の数を示す指標で、1立方センチメートルあたりの電子数で表される。半導体デバイスでは、デバイスの耐圧や電気の流れやすさがキャリア密度に依存するため、広い範囲でキャリア密度を高精度に制御する技術が求められる。

※3　β型酸化ガリウム（β-Ga₂O₃）結晶…ガリウム（Ga）原子と酸素（O）原子が2:3の比率で結合した酸化物半導体結晶で、バンドギャップは約4.5 eV（電子ボルト）である。この値は、Si（1.1 eV）、4H-SiC（3.3 eV）、GaN（3.4 eV）よりも大きく、高い絶縁破壊電界強度（8 MV/cm）が推測されている。

※4　パワーデバイス…電力変換を行う半導体素子で、高電圧・大電流を効率よく制御することができる。電源、産業用モータ等の幅広い分野で使用される。

※5　ホモエピタキシャルウェハ…デバイス作製のため、単結晶基板上にキャリア密度の異なる同じ結晶を基板と軸を揃えて成長（ホモエピタキシャル成長）させた基板のこと。デバイスの設計に応じ、ホモエピタキシャル層の厚さとキャリア密度を制御した成長が求められる。

研究に関する問い合わせ先

大阪公立大学大学院工学研究科電子物理系専攻電子物理工学分野
教授　東脇 正高（ひがしわき まさたか）
TEL：072-254-9268
E-mail：higashiwaki[at]omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。

報道に関する問い合わせ先

大阪公立大学 広報課
担当：竹内
TEL：06-6967-1834
E-mail：koho-list[at]ml.omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。