| 研究課題/領域番号 |
13450355
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
無機工業化学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山根 久典 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 教授 (20191364)
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| 研究分担者 |
皿山 正二 (株)リコー, 応用電子研究所・オプトデバイス開発センター, 主席係長研究員
窪田 俊一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (10271975)
島田 昌彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80029701)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| キーワード | 窒化ガリウム / フラックス法 / 金属カリウム融液 / カソードルミネッセンス / 単結晶育成 / 溶液成長 / 結晶形態 / 立方晶閃亜鉛鉱型構 |
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| 研究概要 |
青色発光ダイオードや短波長半導体レーザー素子として研究されている窒化ガリウム(GaN)は、六方晶系のウルツ型構造である。GaNにはこの他に多形として立方晶系閃亜鉛鉱型構造のものが知られている。しかし、立方晶GaNの単結晶育成については、ほとんど研究例がない。
本研究では、BN坩堝を用い、Kフラックス法による実験を行った。その結果、700℃、P_<N2>=7MPa、24hの条件で、気液界面付近に大きさ1mm程度の板状晶が得られた。また、坩堝壁面から融液内部にかけて大きさ50μm程度の黒色粒状の結晶が得られた。板状晶はh-GaNで、粒状晶ではc-GaNとh-GaNが混在していた。リートベルト解析の結果、粒状晶中のc-GaNの割合は約40%であった。600℃、P_<N2>=7MPa、24hではGaの多くがGa-K金属間化合物として残存し、気液界面付近に大きさが最大で30μmの粒状晶が得られた。粒状晶のc-GaNの割合は95%と大きかった。700℃、P_<N2>=4MPa、24hでもGa-K金属間化合物の残存がみられ、気液界面付近に最大で60μmの粒状晶が得られた。また、c-GaNの割合は70%であった。低温および低N_2圧側の条件では板状晶が生成しにくくなり、粒状晶中のc-GaNの割合は増加する傾向がみられた。
700℃、P_<N2>=4MPa、96hの条件では、最大で大きさ約200μm程の粒状晶が得られた。650℃、P_<N2>=4MPa、96hの条件では大きさ約80μm程の粒状晶が得られた。立方晶の三回対称軸を反映した正三角形の(111)面、正方形の(110)面などが観察された。結晶のカソードルミネッセンススペクトルでは、3.209eVに強い発光ピークが観察された。このピークのエネルギー位置は、これまでに薄膜のc-GaNで報告されているバンド端付近からの発光ピーク位置に一致した。また、h-GaNのバンド端付近の発光ピーク(3.4eV)が見られないことより、この結晶粒はc-GaNと考えられる。発光ピークの半値幅が76meVで値が比較的小さいことから、結晶の品質もよいことが推察された。
Naを加えたK-Naフラックス法では、700℃、P_<N2>=7MPa、96hの条件で、大きさが最大で2mm程度の板状晶が得られた。650℃、P_<N2>=4MPa、96hの条件では、h-GaNとc-GaNの混合物が得られたが、c-GaNの割合は20%であり、Kのみをフラックスに使用した場合に比べてh-GaNの割合が多くなる傾向が見られた。
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