大型高品質ガリウムナイトライド単結晶の育成

大型、高质量氮化镓单晶的生长

基本信息

批准号：
03J03609
负责人：
川村史朗
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

GaN単結晶育成において、転位密度10^4cm^<-2>オーダーが容易に達成され、ロッキングカーブ半値幅が50arcsec以下であることが分かっているNaフラックス法を用いて2inchサイズGaN単結晶高速育成を目標に研究を行った。今年度の成果を以下にまとまる。(1)大型結晶育成装置の開発:結晶を2inchまで大型化しようとする場合、装置の根本的な見直しが必要であることが分かった。50気圧程度の大型容器を作った場合、最大で約100℃/cmという温度勾配が発生してしまう。この問題に対して、育成容器を密封した上で、下からの熱風により加熱するという改良を行った結果、温度勾配は約1℃/cmに低減することを可能とした。(2)転位減少メカニズムの解明:転位の多いMOCVD-GaN薄膜基板上にLPE成長させた場合でも、転位密度が大きく減少するメカニズムをTEM観察によって調査した。その結果、LPE成長初期段階で転位が劇的に減少していることが分かった。これは表面モフォロジーの経時変化と相関していることを明らかにした。(3)再現性の向上:Naフラックス法によるLPE成長の大きな問題点として、再現性に乏しいことが問題となっていた。この問題に対して、下地基板表面の状態や液の均一性、不純物の影響等を調査した結果、Na試薬中に含まれる不純物が再現性向上を妨げる原因となっていることを突き止めた。さらに、簡易的にNa中の酸素・炭素不純物を除去する方法として、Naの減圧脱泡処理法を確立した。このNa試薬を使用した育成によって坩堝上への多核発生の抑制・再現性の向上が確認された。

在GaN单晶生长中，使用Na助熔剂法快速生长2英寸尺寸的GaN单晶，已知该方法可以轻松实现10^4cm^<-2>量级的位错密度和摇摆曲线半宽度50 弧秒或更短该研究的目标是今年的结果总结如下。 (1)大型晶体生长设备的开发：发现如果要将晶体尺寸增加到2英寸，就需要从根本上重新审视设备。如果制作压力约为50个大气压的大容器，将出现高达约100℃/cm的温度梯度。为了解决这个问题，我们进行了改进，将生长容器密封并从下方用热空气加热，从而可以将温度梯度降低至约1°C/cm。 (2)位错减少机制的阐明：通过TEM观察研究了即使在位错较多的MOCVD-GaN薄膜基板上生长LPE时位错密度也大幅降低的机制。结果表明，在 LPE 生长的早期阶段，位错急剧减少。结果表明，这与表面形态随时间的变化有关。 (3)提高再现性：使用Na助熔剂法进行LPE生长的一个主要问题是再现性差。针对这个问题，我们调查了基底表面的状况、液体的均匀性以及杂质的影响，结果发现Na试剂中含有的杂质是阻碍提高再现性的原因。此外，还建立了Na的真空脱气方法，作为从Na中去除氧和碳杂质的简单方法。已证实使用该Na试剂的生长抑制了坩埚上多核的产生并提高了再现性。