作为经济安全保障重要技术培育计划（通称：K Program）的一环，日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构（NEDO）正在推进“高输出高效率功率器件/高频器件的材料技术开发”。在该项目中负责开发氧化镓（β-Ga₂O₃）晶圆、功率器件及功率模块的Novel Crystal Technology（总部：埼玉县狭山市）公司成功开发出了不使用贵金属坩埚的晶体生长法。这种生长法因具有以液滴形式供给原料熔液的特点，所以被命名为DG（Drop-fed Growth）法。
图1 利用新开发的DG法生长的直径95mm的β-Ga₂O₃晶体。下部为籽晶，上部为生长的晶体。晶体呈圆柱状，晶体生长长度（高度）为50mm。（供图：NEDO、Novel Crystal Technology）
DG法与既往使用的EFG（Edge defined film-fed growth）法相比，具有能大幅减少价格极高的贵金属铱使用量的优点。由此，可将由镓和氧的化合物构成的、属于宽禁带半导体之一的氧化镓基板的制造成本降低至以往的十分之一。
氧化镓凭借优异的材料物性可制造低损耗的功率器件，有望应用于家电、工业设备、电动汽车等中耐压（数百伏）市场，以及铁路车辆、电力系统等高耐压（数千伏）市场所需的电力电子设备中。
Novel Crystal Technology公司自2015年起一直在通过EFG法制造氧化镓基板，但由于原料熔点高达约1800℃，EFG法为了使作为原料容器的坩埚能耐受高温等环境，必须大量使用非常昂贵的贵金属铱，所以难以降低成本。
为此，该公司一直在尝试开发不使用铱坩埚的独创氧化镓晶体生长法，并从2024年度开始在NEDO项目中开发。作为成果，此次通过优化加热方式和原料供给方式，成功在不使用铱坩埚的情况下生长出了直径95mm的氧化镓晶体。
DG法采用了“感应加热”的方法。在晶体生长过程中，通过向线圈通入高频电流产生磁场，使设置在线圈内侧的金属坩埚等产生涡流从而进行加热。利用该方式加热金属圆筒以提高加热室内的温度，通过来自加热室开口部的辐射加热并熔化晶体（籽晶）表面。
通过开口部的形状可以容易地控制晶体表面的温度分布，易于实现适合晶体直径的最佳温度分布，从而能够实现晶体的大口径化。此外，通过一边以液滴形式向晶体表面连续供给原料熔液一边使晶体下降，无需使用以往的铱坩埚即可生长出晶体。
这种DG法已在日本以及美国、中国、欧洲申请了专利并在推进专利授权工作。Novel Crystal Technology将致力于使用DG法的进一步大口径化和晶体质量的提高，计划于2029年出货直径150mm（6英寸）的基板，2035年出货直径200mm（8英寸）的基板。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
