2021 Fiscal Year Annual Research Report
「反応チョクラルスキー法」の提案と窒化物単結晶成長への適用検証
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20K21071
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福山 博之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40252259)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化アルミニウム / 結晶成長 / その場観察 / Ni-Alフラックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終段階として、溶融フラックス表面での窒素ガスとの反応による窒化アルミニウム（AlN）生成を目的とする反応チョクラルスキー法の実現可能性を検証するため、前年度に実施した電磁浮遊装置を用いたその場観察した結果に基づいて、AlN結晶の成長実験を行った。AlN結晶成長用フラックスとしてNi-Al合金融液をAlN焼結体坩堝内に保持し、所定の温度に昇温した。種結晶となるAlN結晶をアルミナロッドに取り付け、フラックス内に浸漬し、結晶成長実験を実施した。成長実験は、最適な反応の駆動力（融液組成、成長温度）を用いて、窒素雰囲気中で行った。その結果、Ni-30mol%Alフラックスを用いた結晶成長実験において、AlN結晶のm軸方向に成長速度100 μm/h以上でAlN単結晶が成長することを確認した。また、結晶中へのフラックス成分であるNiの汚染はSIMSのバックグランドレベル以下であることを確認した。
本研究期間全体にわたって、以下の研究成果を得ることができた。
(1) AlN生成反応の熱力学的検討：AlN成長用フラックスとしてNi-Al融液を取り上げ、熱力学的検討を行ない、窒素分圧とフラックス組成をパラメータにして、AlN生成の駆動力を示した結晶成長ダイアグラムを作成し、駆動力を平衡近傍に制御して結晶成長を行う実験指針を得た。
(2) 電磁浮遊法によるAlN成長実験とその場観察：結晶成長ダイアグラムに基づき、AlN成長の最適条件を見つけるために、電磁浮遊法を用いたAlN結晶のその場観察を実施し、最適成長条件の指針を得ることができた。
(3) 反応チョクラルスキー法の実現可能性検証：本研究の最終段階として、Ni-Al系融体を用いて最適な駆動力条件下でAlN結晶成長実験を行った結果、成長速度および結晶品質の観点から、反応チョクラルスキー法が実現可能であることが確認された。
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