2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel bulk AlN crystal growth method using Ni-Al solution
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20H02633
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安達 正芳 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90598913)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 液相成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現代社会において電力エネルギーの消費は増大の一途をたどっており、その輸送過程での電力変換技術を担うワイドギャップパワーデバイスが重要となっている。ワイドギャップ半導体の広いバンドギャップと大きい絶縁破壊電界により、低損失・高温で動作するデバイスを作製することが可能となる。現在、SiCやGaNを用いたデバイスが開発されており、一部では実用化もされているが、さらなる高い変換効率を目指すならば、GaNに比べて1.8倍のバンドギャップと3.6倍の絶縁破壊電界を有するAlNがパワーデバイスの材料として最適である。本研究では、AlNバルク単結晶の大量生産技術の開発を目指し、Ni-Alフラックスを用いた新たな液相成長法の研究を行う。本研究では、液相成長のフラックスとしてNi-Al合金を用いる。NiとAlは高い融点を有するNiAl化合物を形成する系であることからもわかるように、親和性の高い合金であり、Ni-Al中のAlの活量は低い。そのため、温度、フラックス組成、雰囲気窒素分圧を適切に選択することにより、結晶成長の駆動力を平衡に近い状態で制御することができる。
昨年度までの研究を元にNi-Alフラックスを用いたAlN成長を試行錯誤したが、種結晶上に1マイクロメートル毎時を超える速度でのAlN成長を実現できなかった。これらの実験結果を元に、結晶成長のメカニズムを熱力学的に再検討し、Fe-Cr合金を用いたAlNの結晶成長を考案し、SUS430合金を用いてAlN成長を試みた。その結果、成長厚さに大きな不均一性があるものの、最も厚く成長した箇所では、50マイクロメートル毎時の速度でのAlNの結晶成長に成功した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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