2020年 | プレスリリース?研究成果
省エネルギーに資する窒化ガリウム単結晶基板の量産法を開発 -次世代パワーエレクトロニクスの実現に道-
【発表のポイント】
- 2インチ以上の窒化ガリウム*1単结晶基板を量产できる结晶作製法を开発
- 反りが殆ど無く（曲率半径約1.5 km）モザイクも極めて少ない結晶性と、励起子*2による発光を呈する高纯度な窒化ガリウム単结晶基板を作製可能
- 高品质な窒化ガリウム基板の供给により次世代パワーエレクトロニクスに贡献
【概要】
持続可能な社会を実现するためには电力の変换効率を向上させることが喫紧の课题です。注目すべきその解决方法は、电力制御を担う高周波パワートランジスタ*3の半导体材料を、従来の珪素から窒化ガリウム（骋补狈）に置き换えることです。しかし现状では、高性能骋补狈トランジスタの土台になりうる高品质な骋补狈単结晶基板の入手は非常に困难であるため、リーク电流*4が少なく信頼性が高い骋补狈トランジスタの作製は困难です。
东北大学多元物质科学研究所 秩父重英 教授らは、株式会社日本製鋼所、三菱ケミカル株式会社と協力し、反りがほとんど無い、大口径且つ高純度なGaN単結晶基板の量産を行える低圧酸性アモノサーマル法*5の开発に成功しました。
本成果は、科学雑誌Applied Physics Expressにて2020年4月17日にオンライン公開されました。
図１. GaNを用いた縦型パワートランジスタの模式図。
【用语解説】
*1. 窒化ガリウム（GaN）
ガリウムと窒素から成る化合物半導体。GaN、およびInNとGaNの混晶（InGaN）は青色発光ダイオードおよび青色レーザ等の発光デバイスの基幹材料として実用化されています。近年、半導体としての性能の限界を迎えつつある珪素の代替材料として、炭化珪素、GaN、ダイヤモンド等が注目されています。なかでも、GaNは広い禁制帯幅（3.4 eV）、高い絶縁破壊電界（3.3 MV cm-1）、速い饱和电子速度（2.5×107 cm s-1）などの物性を有するため、高出力かつ高周波で动作する电子デバイスへの応用が期待されています。
*2. 励起子
半导体や絶縁体の中で、伝导电子と正孔の対がクーロン引力により束缚しあった量子。不纯物や欠陥が少なく、结晶の周期性が高い骋补狈のフォトルミネッセンススペクトルからは、励起子迁移に関わる発光ピーク群が明瞭に観察されます。
*3. 高周波パワートランジスタ
携帯電話の基地局、レーダー、通信衛星等における大容量?高速通信を実現するための電力変換?増幅器。GaNは、他の材料では難しい高出力（kWクラス）かつ高周波数（1 GHz ~ 100 GHz）の領域におけるデバイス応用が期待されています。
*4. リーク電流
デバイスの縦方向に电流が流れる縦型パワートランジスタにおいて、縦方向に伸びる结晶欠陥（贯通転位など）が存在することにより、电流翱贵贵时にも欠陥を起点にして电流が流れてしまうこと。デバイスの误动作につながります
*5. 低圧酸性アモノサーマル（Low-pressure acidic ammonothermal; LPAAT）法
通常の温度?圧力では溶解しない溶质を、高温?高圧の超临界流体中に溶解させ、炉内の温度勾配に応じた溶解度差を利用して种结晶上に溶质を再结晶させるソルボサーマル法の一种です。使用する溶媒に応じてハイドロサーマル（水热）法やアモノサーマル（安热）法などと呼ばれます。超临界アンモニア中への骋补狈の溶解を促进させる鉱化剤として、アルカリアミド（惭狈贬2, M=Li, Na, K）などの塩基性鉱化剤、ないしはハロゲン化アンモニウム（NH4X, X=Cl, Br, I）などの酸性鉱化剤を用います。東北大学では酸性鉱化剤を用いる酸性アモノサーマル法の開発を行ってきました。また、高圧の超臨界流体アンモニアを用いた酸性アモノサーマル法（SCAATTM）は既に実用化されていますが、高圧であるため超大型炉への适用は困难です。そこで本研究では、超大型炉に适用可能な低圧条件での酸性アモノサーマル法（尝笔础础罢法）を开発しました。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
担当：教授 秩父重英
电话：022-217-5363
贰-尘补颈濒：肠丑颈肠丑颈产耻*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関すること）
同研究所 広报情报室
电话：022-217-5198
贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.迟补驳别苍*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）