2020 年度研究成果報告書

高品質バルクGaN成長に適した気相成長条件および結晶成長プロセスの解明

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04957
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分30010:結晶工学関連
研究機関	三重大学
研究代表者	河村貴宏三重大学, 工学研究科, 助教 (80581511)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	窒化ガリウム / 第一原理計算 / 不純物 / OVPE成長
研究成果の概要	本研究では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、第一原理計算を用いて(1) O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(2) GaN成長における表面再構成とその面方位依存性に関する解析、の2つの研究を行った。(1)ではGaN結晶表面に吸着したO不純物の脱離エネルギーは大きく、OとOHの形では脱離は起こりにくいがH2Oに還元することで脱離しやすくなることを示した。(2)ではOVPE成長条件下ではGa分圧が増加するにしたがってO不純物を取り込みやすい(1-101)表面構造が現れやすくなることから、結晶に取り込まれるO不純物量が増加することを示した。
自由記述の分野	結晶工学、数値解析、固体物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究により明らかになったGaN結晶表面におけるO不純物の吸着・脱離反応やその際にエネルギーの評価、また各面方位における表面生成エネルギーの絶対値を比較することで明らかにした成長条件と安定な面方位および表面構造との関係は、高品質かつ安価なGaN基板用のバルクGaN結晶成長法として期待されているOVPE法における結晶品質と不純物濃度制御の改善に貢献することが期待される。また、本研究を通して習得した手法はGaNにおける他の不純物に関する解析や、仮定する成長条件を変えることで様々な成長条件における安定な面方位や結晶形状の予測に応用することが出来る。