2017 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of crystal growth mechanism for development of large bulk GaN single crystal
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15K17459
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
河村 貴宏 三重大学, 工学研究科, 助教 (80581511)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 結晶成長 / 第一原理計算 / OVPE成長 / 不純物 / Naフラックス成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではバルクGaN単結晶の成長機構の解明を目的として，(i)Naフラックス成長における炭素添加による成長速度増加メカニズムの解明と(ii)OVPE成長における表面反応過程と結晶成長過程の解明について取り組んでいる．
H29年度は(ii)のテーマに関して，第一原理計算を用いて半極性面である(10-11)面と(10-1-1)面の安定な表面構造について解析を行った．また，これまでに解析した極性面，非極性面，半極性面の結果を比較して酸素不純物の取り込みに関する面方位依存性について検討した．その結果，(000-1)面と(10-11)面に吸着した酸素原子を取り除くために必要な脱離エネルギーが約6～7 eVと非常に大きく，比較を行った結晶面の中で最も脱離しにくいことが分かった．
ここまでOVPE成長では結晶表面近傍に多くの酸素不純物（O原子，OH，H2O）が存在すると仮定して解析を行ってきた．その結果，(0001)面と非極性面では最表面のGa原子にOH基が吸着した構造が安定であるとの結果を得たが，OH基は還元によりH2Oになり脱離すること考えると，OH基の吸着は最終的な酸素不純物の取り込みには影響していない可能性が考えられる．そこで，吸着させた酸素不純物をO原子1個の結果に絞って酸素不純物の取り込みに関する面方位依存性について再度検討を行った．その結果，各面上のO原子の脱離エネルギーの大きさを比較すると(000-1)<(10-1-1)<(11-20)<(0001)=(10-11)<(1-100)という結果が得られた．(0001)面と非極性面を比較すると非極性面の方が酸素不純物濃度が高いという実験結果があるため，上述の検討結果より，このO原子のみに絞って検討した結果の方がより実際の結晶表面構造を表していると考えられる．この結果の妥当性について引き続き検討を行っている．
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