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東北大がルツボを使わない酸化ガリウム作製手法を開発
2022年4月5日 13:53
東北大学および東北大学発のベンチャー企業である株式会社C&Aは4日、貴金属ルツボを使用しない新規結晶育成手法「Oxide Crystal growth from Cold Crucible method」(OCCC method)を開発したと発表した。世界初としている。
酸化ガリウムは、パワーデバイスとしての性能がシリコンや炭化ケイ素よりも高く、次世代のパワーデバイス用ワイドギャップ半導体として期待されている材料。結晶の成長速度もシリコンより高速であることから、より低いコストで基板を製造できる可能性がある。
その一方で、現行の結晶作製方法では融液を保持する坩堝(ルツボ)にイリジウムを用いる必要があることからコストの低減が難しい。また結晶作製の過程で融液中にルツボからイリジウムが溶け出し結晶が金属汚染されるリスクがあること、そしてイリジウムの酸化を防ぐために低酸素分圧下での結晶成長が必要となるなど、結晶の作製手法や物性にまつわるいくつかの課題を抱えている。
今回発表された結晶育成手法では、水冷バスケットに充填した原料を直接加熱し融液化したのち急速冷却し、周辺部で結晶化した材料をルツボの代わりに用いる「スカルメルト法」と呼ばれる手法をベースとすることで、製法に由来する高コスト化要因の排除を試みている。スカルメルト法は一般的に導電性の高い材料に対して用いられるが、導電性の低い酸化ガリウムでスカルメルト法による結晶の作製を行なうには、非常に高い周波数の磁場を安定して発生させる装置が必要になる。株式会社C&Aはこの装置の開発を行なった。
今回の発表ではOCCC methodによって最大約5cmの酸化ガリウム単結晶が作製できたとしており、ルツボを使用しない結晶育成手法としては世界初の成果だという。
今後は、結晶の成長条件を最適化することにより結晶欠陥を低減した基板の作製ならびに結晶サイズのさらなる大型化を目指す。またC&Aは2インチ径の酸化ガリウム基板を生産し、販売する計画があるとのこと。
