ツーフローMOCVD

ツーフローMOCVD法：青色LED開発を支えた革新的技術

ツーフローMOCVD法は、[有機金属気相成長法]の一種であり、窒化ガリウム(GaN)などの化合物半導体の結晶成長において画期的な進歩をもたらした技術です。従来のMOCVD装置では、原料ガスを基板の上方から供給する方式が一般的でした。しかし、1000℃を超える高温の基板表面では、熱対流によって原料ガスが舞い上がり、基板への供給が不均一になり、高品質な結晶成長が困難でした。

この問題を解決するために開発されたのが、ツーフローMOCVD法です。この方法は、原料ガスを基板に対して垂直方向と水平方向の2方向から供給する点が特徴です。具体的には、上方から原料となる金属有機化合物（例えば、トリメチルガリウムなど）を供給し、水平方向からは[窒素]]源である[[アンモニア]を供給します。

水平方向からのアンモニア供給が、ツーフローMOCVD法の重要なポイントです。アンモニアを横から供給することで、基板表面での熱対流の影響を抑制し、原料ガスが基板表面に均一に到達することを可能にします。これにより、窒素原子を効率的に基板に付着させることができ、高品質なGaN結晶の成長を実現します。

このツーフローMOCVD法は、赤崎勇博士の研究成果を基に、中村修二博士が日亜化学工業時代に開発・改良されました。中村博士は、工業用の吹き付け筒をMOCVD装置に追加するなど、装置の改良を積極的に行いました。これらの改良により、高輝度で効率的な青色LEDの開発に不可欠な高品質なGaN結晶の大量生産が可能となり、青色LEDの実用化に大きく貢献しました。

従来のMOCVD法では困難だった高品質なGaN結晶成長を可能にしたツーフローMOCVD法は、材料科学、デバイス工学における重要な技術革新として高く評価されています。その後の窒化物半導体の研究開発、そしてLED照明の普及に大きな影響を与え、現代社会に欠かせない技術の一つとなっています。

ツーフローMOCVD法の利点

高品質な結晶成長： 熱対流の影響を抑制することで、結晶欠陥の少ない高品質なGaN結晶が得られる。
均一な膜厚： 基板全体に均一な膜厚の結晶を成長させることができる。
* 高い再現性： 成長条件の再現性が高く、安定した品質の結晶を大量生産できる。

まとめ

ツーフローMOCVD法は、青色LEDの開発において中心的な役割を果たした、重要な結晶成長技術です。原料ガス供給方法の工夫によって、高品質なGaN結晶の製造を可能にし、現代社会におけるLED照明の普及に大きく貢献しています。この技術は、赤崎勇博士と中村修二博士の功績によって発展し、現代の半導体技術の基礎を築く上で重要な役割を果たしました。

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