EFG法による150 mm β-Ga2O3 単結晶の育成

GLOSSARY

酸化ガリウム（β-Ga2O3）は、その広いバンドギャップ（約4.8 eV）と高い絶縁破壊電界により、次世代のパワーデバイス材料として非常に期待されています。

特に、EFG法（Edge-defined Film-fed Growth：縁定義膜供給結晶成長法）は、大型かつ高品質な単結晶を高速に育成できる手法として、150 mm（6インチ）級の大型基板製作において中心的な役割を果たしています。

1. EFG法の原理と特徴

EFG法は、スリット状の細孔を持つダイ（Die）を利用する引き上げ法の一種です。

毛細管現象: 坩堝（るつぼ）内で融解したGa2O3が、ダイのスリットを伝って上面まで吸い上げられます。
形状制御: ダイの上面の形状（エッジ）に沿って結晶が成長するため、板状や円筒状など、目的の形状に近い結晶を直接育成できます。
高速成長: 従来のチョクラルスキー（CZ）法と比較して、熱の逃げが効率的であるため、成長速度を速めることが可能です。

2. 150 mm (001) 単結晶育成の技術的ポイント

150 mmという大口径で、かつ特定の結晶面である(001)面を高品質に育成するには、いくつかの高度な制御が必要になります。

結晶方位の制御

β-Ga2O3は単斜晶系に属し、劈開（へきかい）性を持つため、育成中の温度歪みによる割れが大きな課題です。(001)基板を効率よく切り出すためには、成長軸と結晶方位の精密なアライメントが不可欠です。

温度分布の均一化

150 mmもの大口径になると、結晶の端と中心部で温度差が生じやすくなります。

断熱構造の最適化: 坩堝周辺のホットゾーン設計を緻密に行い、熱応力を最小限に抑えます。
イリジウム（Ir）坩堝の使用: 融点（約1,800℃）に耐え、酸化を抑制するために高価なイリジウム容器と酸素濃度の制御が必要です。

欠陥（転位・ボイド）の抑制

大口径化に伴い、結晶内の双晶や転位密度が増加する傾向にあります。原料の純度向上や、ダイの形状設計の最適化によって、これらの構造欠陥を低減させるプロセスが進行しています。

3. 150 mm化のメリット

項目	メリット
コスト低減	1枚のウェハから取れるチップ数が増加し、デバイスの単価を下げられる。
既存ラインの活用	既存のシリコン（Si）向け6インチ半導体製造ラインを転用しやすくなる。
大型デバイス対応	高電流を扱う大型のパワーモジュール向けチップの製造が可能になる。

今後の展望

現在、日本では株式会社ノベルクリスタルテクノロジーなどがこのEFG法を用いた大口径β-Ga2O3基板の開発・量産化をリードしています。150 mm基板の安定供給が実現すれば、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）に続く、あるいはそれらを凌駕する電力変換効率を持つデバイスの普及が一気に加速するでしょう。

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