作為經濟安全保障重要技術培育計畫（通稱：K Program）的一環，日本國立研究開發法人新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）正在推進「高輸出高效率功率器件/高頻器件的材料技術開發」。在該項目中負責開發氧化鎵（β-Ga₂O₃）晶圓、功率器件及功率模組的Novel Crystal Technology（總部：埼玉縣狹山市）公司成功開發出了不使用貴金屬坩堝的晶體成長法。這種生長法因具有以液滴形式供給原料熔液的特點，所以被命名為DG（Drop-fed Growth）法。
圖1 利用新開發的DG法生長的直徑95mm的β-Ga₂O₃晶體。下部為籽晶，上部為生長的晶體。晶體呈圓柱狀，晶體成長長度（高度）為50mm。（供圖：NEDO、Novel Crystal Technology）
DG法與既往使用的EFG（Edge defined film-fed growth）法相比，具有能大幅減少價格極高的貴金屬銥使用量的優點。由此，可將由鎵和氧的化合物構成的、屬於寬能隙半導體之一的氧化鎵基板的製造成本降低至以往的十分之一。
氧化鎵憑藉優異的材料物性可製造低損耗的功率器件，有望應用於家電、工業設備、電動汽車等中耐壓（數百伏）市場，以及鐵路車輛、電力系統等高耐壓（數千伏）市場所需的電力電子設備中。
Novel Crystal Technology公司自2015年起一直在通過EFG法制造氧化鎵基板，但由於原料熔點高達約1800℃，EFG法為了使作為原料容器的坩堝能耐受高溫等環境，必須大量使用非常昂貴的貴金屬銥，所以難以降低成本。
為此，該公司一直在嘗試開發不使用銥坩堝的獨創氧化鎵晶體成長法，並從2024年度開始在NEDO項目中開發。作為成果，此次通過優化加熱方式和原料供給方式，成功在不使用銥坩堝的情況下生長出了直徑95mm的氧化鎵晶體。
DG法採用了「感應加熱」的方法。在晶體成長過程中，通過向線圈通入高頻電流產生磁場，使設置線上圈內側的金屬坩堝等產生渦流從而進行加熱。利用該方式加熱金屬圓筒以提高加材料檢驗熱實驗室內的溫度，通過來自加材料檢驗熱實驗室開口部的輻射加熱並熔化晶體（籽晶）表面。
通過開口部的形狀可以容易地控制晶體表面的溫度分布，易於實現適合晶體直徑的最佳溫度分佈，從而能夠實現晶體的大口徑化。此外，通過一邊以液滴形式向晶體表面連續供給原料熔液一邊使晶體下降，無需使用以往的銥坩堝即可生長出晶體。
這種DG法已在日本以及美國、中國、歐洲申請了專利並在推進專利賦權工作。Novel Crystal Technology將致力於使用DG法的進一步大口徑化和晶體質量的提高，計畫於2029年出貨直徑150mm（6英吋）的基板，2035年出貨直徑200mm（8英吋）的基板。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
