新晶科技有限公司采用垂直布里奇曼（VB）法生产6英寸β型氧化镓（β-Ga）。2O3)世界上第一颗单晶生产成功。由此结果，β-Ga2O3我们可以期待在实现更大直径和更高质量的基板方面取得巨大进展。 β-Ga2O3如果功率器件得到广泛应用，将有助于太阳能发电功率调节器、工业通用逆变器、电源等电力电子设备的高效化和小型化，以及汽车和飞行汽车电气化中电能的高效利用。
近年来作为超越硅（Si）功率器件性能的材料碳化硅 (SiC)※1是啊氮化镓 (GaN)※2正在引起人们的注意。β型氧化镓（β-Ga2O3）※3大于这两种材料带隙能量※4，所以它是一种新型半导体材料，有潜力制造更高性能的功率器件，并且像Si一样，可以使用“熔融生长法”以低成本制造高质量的单晶衬底。根据这些特性，β-Ga2O3电源设备※5如果投入实用，将有可能进一步降低家电、电动汽车、铁路车辆、工业设备、太阳能发电、风力发电等电力电子设备的损耗和成本，因此国内外的企业和研究机构正在积极开发。另外，β-Ga2O3为了降低功率器件的成本并在社会上广泛普及，β-Ga2O3增大基板的直径是必要的，并且强烈希望增大单晶的尺寸。
新晶科技有限公司主要开发采用EFG（Edge-defined Film-fed Growth）方法的单晶制造技术，目前正在制造和销售2英寸和100毫米的基板用于研发。为了实现更大直径和更高质量的基板，JST 研究成果最佳部署支持计划 (A-STEP)2O3我一直致力于开发板※6VB法测定β-Ga2O3单晶生长技术由信州大学发明开发，目前已成功生产2英寸、4英寸单晶。诺威水晶科技有限公司继承了信州大学的这项培养技术，并不断开发更大的直径。因此，我们最近推出了VB法6英寸晶体生长装置，并成功生产了世界上第一颗VB法6英寸单晶。此外，负责晶体评价和分析的米乐m6官方网站，利用X射线形貌法对使用EFG法和VB法制造的单晶获得的基板进行了评价和比较。结果发现，在VB晶体中，EFG法中观察到的高密度线状缺陷被显着抑制，这表明VB法在质量方面更优越。
[1]VB法制备6英寸单晶
图1(a)显示了诺威晶科技有限公司目前用于晶体制造的EFG方法的概述。EFG方法是生长方法之一，它是一种可以轻松实现高生长速率的生长方法。然而，由于所得晶体是板状的，并且圆形衬底被挖空，因此在加工过程中会产生不必要的部分，从而增加了成本，而β-Ga2O3由于晶体的强各向异性，对晶体可拉伸的方向存在很强的限制，并且存在所得基板的面取向受到限制的问题。图 1 (b) 显示了目前正在开发的 VB 方法的概述。 VB法是将盛有原料的坩埚存放在具有温度梯度的炉子中，原料熔化后，将坩埚下拉使其凝固的生长方法。因此，可以获得与坩埚形状相同的晶体，因此如果使用圆柱形坩埚，则可以获得圆柱形晶体，这大大减少了基板加工过程中不必要的部件，从而可以降低成本。此外，与使用提拉法的生长方法不同，该生长方法使熔体在坩埚中凝固，因此不易受到晶体各向异性对生长平面的约束，并且可以制造多种衬底平面取向，有望解决EFG方法的问题。此外，与提拉法相比，可以在温度梯度较小的环境中生长，因此可以获得更高质量的晶体，并且由于可以垂直于晶体生长方向获得衬底，因此有望提高掺杂剂浓度的面内均匀性。
图 1 (a) EFG 方法概要 (b) VB 方法概要
图2显示了使用新构建的VB法6英寸晶体生长装置获得的晶体的外观。从晶种到最终凝固部分都是透明的，表明它是单晶。另外，恒定直径部分(最宽部分)的直径为6英寸以上，并且获得可用于形成6英寸基板的晶体。此外，我们发现我们能够生长继承籽晶取向的单晶。
图2VB法制备的6英寸单晶
(a)整体图(b)晶种侧外观(c)最终凝固部侧外观
[2] 使用 EFG 方法和使用 X 射线形貌的 VB 方法评估基材的质量
为了比较使用EFG法和VB法生长的晶体的质量，我们使用X射线形貌法（晶体缺陷评估方法之一）评估晶体质量。图 3 显示了使用 EFG 和 VB 方法制造的基板的 X 射线形貌方法观察到的图像。如图3(a)所示，可以看出，使用EFG方法制造的基板上出现高密度的线性缺陷。另一方面，可以看出，图3(b)所示的VB法制造的基板几乎没有线状缺陷。请注意，使用 VB 方法制造的基板表面上的网状外观被认为是位错网络。尽管在使用EFG方法制造的基板表面上没有观察到网状对比度，但由于线性缺陷引起的应变场较大，因此很难看到。从以上观察结果发现，与使用EFG方法制造的基板相比，使用VB方法制造的基板的晶体质量得到改善。
图 3 X 射线形貌观察图像
(a)通过EFG方法制造的基板(b)通过VB方法制造的基板
今后，我们将继续开发利用VB法的高质量单晶生长技术，并将致力于开发利用VB法的生长面取向灵活性这一特点的基板。
新晶科技有限公司将继续使用熔融生长法使用β-Ga2O3通过体单晶生长技术的发展，β-Ga2O3我们的目标是普及功率器件，实现可持续的节能社会。
这项研究得到了日本科学技术振兴机构研究成果部署项目的 A-STEP 企业主导（匹配基金类型）研究成果部署支持计划的支持。