次世代パワー半導体¹材料として注目されている窒化ガリウム（GaN）²の実用化にあたっては高品質かつ低コストの自立基板が必須である。
大阪大学では、原理的に高速成長が可能であり低コスト化に有望な成長手法として酸化物気相成長（OVPE）法³の開発に取り組んでいる。
しかしながら、本手法は成長中に多結晶⁴を生じやすく高品質ウェハを得ることが困難であった。
我々は他成長手法との差を精査することで多結晶の生成要因がOVPE法で用いる化学反応の高い反応性にあることを突き止めた。 熱力学解析によって気相核生成を抑制するように供給ガスの構成を変更したところ、低成長レートではあるものの多結晶が低減されることがわかった。
しかし、成長レートの高速化で再び多結晶が増加することが新たな課題として浮上したため、新たなパラメータとして成長温度に着目した。
熱力学解析の予想をもとに成長温度を従来の1200℃から1300℃とGaNでは通常用いられない温度にまで上昇させることで多結晶を抑制しつつ200μm/hの高速成長が実現可能であることを示した。

Q1なぜ次世代パワー半導体の研究開発が進められているのでしょうか。
また次世代パワー半導体の実用化にはどういった課題があるのでしょうか。

脱炭素社会の実現に向け低消費電力社会の実現は急務と言えます。
現在主流のSi半導体は効率の限界に近づいており、我々は次世代パワー半導体材料である窒化ガリウム（GaN）の研究を行っております。
GaNの実用化にあたって結晶品質の低さや高い製造コストがこれまで大きな課題でしたが、多くの研究者の努力によって高品質結晶が実現され、製造コストについても克服されつつあります。

Q2次世代パワー半導体の研究開発において多光子励起顕微鏡が用いられているのはなぜでしょうか?
また多光子励起顕微鏡を用いて先生がすでに取り組まれている研究はなんでしょうか。

これまで結晶欠陥の観察はカソードルミネセンス法やエッチピット法などが主であり、表面の転位分布を見ることができても転位の追跡評価は困難でした。
そのため、転位がどこで生じてどのように貫通してくるのか成長履歴に対する転位伝搬挙動は不明でした。
多光子励起顕微鏡を用いることでGaN 結晶内部の欠陥を3次元的に可視化できるようになり、結晶の欠陥をなくすにはどのようにすれば良いのか、次の一手を考える極めて強力なツールとなっています。

Q3これからの産業をリードすると期待される本テーマを研究されていますが、研究を進めていくうえでの難しさ、そして先生にとって研究を推し進めていく原動力はなんでしょうか。

GaN パワーデバイスの一刻も早い社会実装が望まれており、現在国家プロジェクトとして他大学や企業と連携して研究を推進しております。
結晶に求められるスペックを達成することに難しさを感じることもありますが、日々進化するGaN 結晶をこの目で見ていること、また社会からの期待を常に感じながら研究できることが楽しく、研究を進める原動力となっています。