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2008 Fiscal Year Annual Research Report

安熱合成法によるGaNバルク単結晶作製における成長モードの解明とその制御

Research Project

Project/Area Number 18360004
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鏡谷 勇二  Tohoku University, 多元物質科学研究所, 寄附研究部門教員 (40396536)

Keywords結晶成長 / 結晶工学 / 環境材料 / 省エネルギー / 高性能レーザー / 窒化物半導体
Research Abstract

安熱合成法による高品質GaNの厚膜成長を目的とし、触媒を用いたアンモニアのクラッキング状態の最適化を行った安熱合成法において、種結晶設置場所にアンモニア合成・クラッキング効果が期待できる金属片を触媒として吊下げ、触媒がGaN原料の溶解・析出に及ぼす影響を知るための"触媒吊下げ実験"と、種結晶と触媒を同時に設置し触媒が結晶育成速度へ及ぼす影響を知るための"触媒効果実証実験"とを行った。触媒吊下げ実験は、オートクレープ内にGaN原料と鉱化剤を加え、結晶育成領域に触媒金属片を吊下げ、アンモニアを所定量充填し、550℃,130MPa程度で4日間保持することにより行った。触媒の効果は、実験前後のGaN原料の重量差から検討した。触媒としてタングステン(W)、タンタル(Ta)、タンタル-タングステン合金(Ta-2.5%W)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、白金-イリジウム合金(Pt-20%Ir)、Ni系合金(Alloy625,Rene41)を用いた。触媒吊下げ実験の結果、オートクレープ構造材料であるNi系合金を触媒に用いた際の実験前後におけるGaNの重量変化が僅かであり、原料の溶解・析出量が極めて小さいことが分かった。一方、WやRuを用いた時の原料の析出量は5〜10倍に増加した。これにより、適切な触媒を用いることで結晶育成速度が向上する1ことが明らかになった。触媒吊下げ実験の結果を基に、触媒効果実証実験を行った。ここでは、種結晶(GaN)と触媒金属を同一に設置し、種結晶上への結晶成長速度から触媒効果を検討した。触媒には、触媒吊下げ実験から結晶成長速度の向上が期待できるW, Ruと、オートクレープの腐食防止として内壁のライニングに用いられているPt-20%Irを用いた。触媒を用いない時の結晶成長速度はGaN種結晶-c面上に1.60μm/日であるのに対し、W触媒使用時の結晶成長速度は20.25μm/日が確認され、触媒により結晶成長速度が向上することを明らかにした。触媒を用いた厚膜化を試み、4日間成長で85μmのGaN作製に成功した。

  • Research Products

    (9 results)

All 2009 2008

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Reviewing recent developments in the acid ammonothermal crystal growth of gallium nitride2008

    • Author(s)
      Dirk Ehrentraut
    • Journal Title

      J. Crvst. Growth 310

      Pages: 3902-3906

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アクティブアモノサーマル法によるGaNバルク結晶作製2009

    • Author(s)
      鏡谷勇二
    • Organizer
      日本学術振興会第161・162委員会合同研究会「デバイスに求められるワイドギャップ半導体のバルク・エビ成長技術」
    • Place of Presentation
      鳥羽(日本)
    • Year and Date
      20090313-14
  • [Presentation] アモノサーマル法における炉内温度差が原料搬送に及ぼす影響2009

    • Author(s)
      鏡谷勇二
    • Organizer
      第54回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      つくば(日本)
    • Year and Date
      2009-03-31
  • [Presentation] 安熱合成法によるGaN結晶へのドーピング結晶中の不純物制御2008

    • Author(s)
      鏡谷勇二
    • Organizer
      第69回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      春日井(日本)
    • Year and Date
      20080902-05
  • [Presentation] Ammonothermal Growth of GaN on Non-polar Plane under Acidic Conditions2008

    • Author(s)
      Y. Kagamitani
    • Organizer
      Second International Symposium on Growth of III-Nitrides
    • Place of Presentation
      伊豆(日本)
    • Year and Date
      20080706-09
  • [Presentation] Growth of GaN nonpolar-planes by the Ammonothermal Method with Acidic Mineralizer2008

    • Author(s)
      Y. Kagamitani
    • Organizer
      The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
    • Place of Presentation
      仙台(日本)
    • Year and Date
      20080521-24
  • [Presentation] アクティブアモノサーマル法によるGaN単結晶作製2008

    • Author(s)
      鏡谷勇二
    • Organizer
      東北大学多元物質科学研究所窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター講演会
    • Place of Presentation
      仙台(日本)
    • Year and Date
      2008-10-30
  • [Book] Electronic Joumal別冊2009化合物半導体技術大全2009

    • Author(s)
      福田承生
    • Total Pages
      3
    • Publisher
      Electronic Journal
  • [Book] アモノサーマル法(安熱合成法)によるGaN単結晶作製2009

    • Author(s)
      鏡谷勇二
    • Publisher
      シーエムシー出版(In press)

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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