大阪大學研究生院工學研究科的今西正幸副教授和森勇介教授等人組成的研究團隊，在日本環境省實施的「透過GaN技術實施去碳社會·生活方式先導創新專案」中，與松下控股公司、豐田合成公司和SCIOCS公司合作，成功地利用Na助熔劑法培育出了世界上最大的6英寸高品質GaN晶體。另外，還全球首次證明了採用GaN晶體能以高成品率提高直立式GaN電晶體的器件特性。
圖1：利用新技術培育的研磨前的6英寸GaN晶體
圖2：研磨後的2英寸GaN晶體
研究團隊開發了一種全新的技術，利用在藍寶石基底層上大量設置微小籽晶的多點種，透過Na助熔劑法培育GaN晶體。這種技術在完成培育後溫度恢復爲室溫時，GaN晶體會與藍寶石基底層自然分離，因此可以培育出曲翹度極低的大尺寸GaN晶體。研究團隊利用該技術，全球首次製作出了低翹曲度的高品質6英寸大口徑GaN晶體。
另外研究團隊還首次證明，採用透過Na助熔劑法製作的GaN晶體，能以高成品率提高直立式GaN電晶體的器件特性。在利用常規HVPE法制作的GaN晶體透過改良器件結構，也大幅提高了直立式GaN電晶體的性能，但在需要製作更復雜的直立式GaN電晶體時，出現了嚴重的問題，比如製作的10個電晶體中只有3個可以正常工作，而其終極因數至今還沒有完全弄清楚。
圖3：利用多點種，透過Na助熔劑法培育GaN晶體的新技術（供圖：大阪大學）
研究團隊利用透過Na助熔劑法製作的GaN晶體解決了這個問題，可以將市售的常規GaN晶體只有33％的電晶體成品率大幅提高至72％。
森勇介教授表示：「如果用新方法製作的GaN晶體作爲籽晶，利用其他方法（HVPE法、氨熱法、OVPE法）等培育塊狀GaN晶體來製作GaN晶圓，那麼高品質的大口徑GaN晶圓就能以低成本大量生產。有了這個GaN晶圓，就可以製作此前無法實施的高性能功率器件和雷達等，我們希望爲節能和5G/6G等做出貢獻。」
【詞注】
■Na助熔劑法：混合鈉（Na）和鎵（Ga）並在850℃的溫度下將其暴露於40氣壓左右的高壓氮中，使GaN晶體析出的方法。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
