研究課題
GaNのバルク単結晶をNa-Ga融液を用いることにより、700〜850℃、窒素圧力1〜5MPaの条件下で作製し、得られた単結晶の特性を評価した。出発原料の調整に際しては、本研究費(平成12年度)で購入した高純度Ar雰囲気のグローブボックス内において、金属GaとNaを秤量し、BNルツボに入れ、これをSUS316ステンレスチューブ内に封入し、電気炉を用いて所定の温度まで加熱後、窒素ガスを導入した。単結晶育成は、700〜850℃、窒素圧力1〜5MPa、200〜450時間の実験を行なった。光学実体顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて結晶形態を観察し、MoKα線により単結晶X線回折強度を測定した。X線回折強度に対して解析的形状吸収補正を行い、X線異常分散を利用して絶対構造を決定した。温度、圧力条件およびNa-Ga融液の出発組成γNa(Na/(Na+Ga)モル比)を変化させて合成したGaNバルク単結晶の形態を観察した結果、10×5×0.1mm^3の無色透明な六角板状単結晶が、750℃、窒素圧力5MPa、γNa=0.6の条件で成長した。六角板状単結晶の板面の片方は平滑な鏡面となっているが、その裏面上には多数のステップエッジやヒルロックの存在が観察された。板状単結晶についてX線回折強度を測定し、形状吸収補正後のデータを用いて構造解析を行なった。信頼度因子(RI)は約2%、フラックパラメータはほぼ0となり、絶対構造が適切に決定された。その結果、平滑な鏡面が(0001)で表されるN面であり、スクテップエッジやヒルロックの見られる凹凸面が(0001)で表されるGa面であることが判明した。今後は、本研究で得られた成果を基にして、10mm以上の板状単結晶作製条件を探索し、GaN単結晶成長機構の解明と異種元素ドーピングによるP型単結晶育成を試み、得られた単結晶について半導体光学評価を行なう予定である。
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