2002 Fiscal Year Annual Research Report
ナトリウムフラックス法による高品質大型窒化ガリウム単結晶の育成と特性評価
Project/Area Number |
02J10722
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
青木 真登 東北大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | 窒化ガリウム / 単結晶 / フラックス法 / 育成条件 / 結晶形態 |
Research Abstract |
グローブボックス内(Ar雰囲気)において、金属Gaおよび金属Naを秤量し、BN坩堝に詰めた後、ステンレススチール容器内に納め、N_2ガス圧下で加熱することで、GaN単結晶の育成を行い、結晶の大型化を目的に温度、N_2圧力、Ga-Na比等の結晶育成パラメータの最適化を進めた。また、GaN種結晶を使用し、種結晶からの結晶育成が可能な条件を探索した。さらに、X線ロッキングカーブ、ホール効果、カソードルミネッセンス等により、育成したGaN単結晶の特性評価を行った。 純度99.95%のNaと99.99995%のGaを使用し、Na-Ga融液の出発組成r_<Na>(=Na/(Ga+Na)モル比)が0.60、775℃、N_2圧力5MPa、300hの条件で、PBN坩堝内でGaN単結晶の育成を行い、これまでNaフラックス法で作製されたGaN単結晶の中で最大の、長手方向で10mm、厚さ0.1mmの板状GaN単結晶が得られた。 また、GaNの分解/生成領域の境界付近の温度とN_2圧力条件下で、種結晶からの結晶育成が可能であることが明らかになった。このうち、850℃、N_2圧力2MPaでは、育成時間200hで、種結晶より最大で3.0×1.5×1.0mm^3のGaN単結晶が得られた。c軸方向の結晶速度は他の方向に比べて大きく、その値は温度、N_2圧力とともに増加し、最大で約4μm/h(850℃、2MPa)であった。 X線ロッキングカーブの判値幅は、10mmサイズの結晶で55arcsec.であった。ホール効果の測定から、本研究で作製された結晶はn型半導体であり、キャリア濃度が1×10^<18>cm^<-3>、移動度が100cm^2/Vsであることがわかった。また、カソードルミネッセンススペクトルでは、バンド端付近からの発光以外にピークは観察されなかった。これらの結果から、本研究で作製されたGaN単結晶は非常に高品質であることが示された。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] Masato Aoki: "Morphology and Polarity of GaN Single Crystals Synthesized by the Na Flux Method"Crystal Growth & Design. 2・1. 55-58 (2002)
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[Publications] 山根久典: "フラックス法によるGaN単結晶の育成"応用物理. 71・5. 548-552 (2002)
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[Publications] Takashi Sekiguchi: "Cathodoluminescence study of h-and c-GaN single crystals grown by a Na or K flux"Science and Technology of Advanced Materials. 3・2. 91-94 (2002)
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[Publications] Masato Aoki: "GaN single crystal growth using high-purity Na as a flux"Journal of Crystal Growth. 242・1-2. 70-76 (2002)
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[Publications] Masato Aoki: "Conditions for seeded growth of GaN crystals by the Na flux method"Materials Letters. 56・5. 660-664 (2002)