2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of vapor phase epitaxy growth conditions for high quality bulk GaN and their crystal growth process
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18K04957
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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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 窒化ガリウム / 第一原理計算 / 不純物 / OVPE成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では気相成長（OVPE法）によるバルクGaN単結晶の成長機構の解明を目的として、(i)酸素不純物の吸着・脱離反応を含めたGaN成長プロセスの解明と(ii)表面再構成と面方位を考慮したOVPE法によるGaN成長の熱力学解析について取り組んだ。
(i)について、昨年度までにOVPE成長条件下におけるGaNの極性面、非極性面、半極性面の表面構造の安定性について議論を行っていたが、解析結果と実験結果の整合性が不十分であったため調べなおしたところ、GaNの表面エネルギーの絶対値を求める段階で誤りが見つかったため、再度解析をやり直した。
新たな結果によると、OVPE成長条件を温度1500K、H2圧力0.1 atm、Ga圧力10-3 atmと仮定した場合の成長表面の安定性は、O不純物を考慮しない場合も考慮した場合(O圧力10-3 atm)も同様に、(000-1)、(1-101)、(1-100)、(11-20)、(0001)、(1-10-1)面の順に安定となった。よって、N極性面（(0001)と(1-101)）が安定であり、Ga極性面（(0001)と(1-10-1)）が不安定となる傾向を示すことが分かった。この結果は、GaNを[000-1]軸方向に成長させた場合、表面側の(000-1)面が底面側の(0001)面よりも広く、また側面には(1-101)面が現れる実験結果と一致するため、実験結果とよく整合する結果を得ることが出来た。
(ii)については(i)の成果に基づいて行う予定であったが、(i)の研究に想定よりも時間がかかったため期間内に着手することが出来なかったが、不正確なデータに基づいて解析を進めても意味は無いので、(i)について正しい結果が得られるまで確認を繰り返した意義は十分にあった。(ii)については研究期間終了後に引き続き行いたいと考えている。
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